Menu déroulant

Rubrique Témoignages

En attendant GALILEO…

 

La Terre mesurée depuis l’Espace : de DIAPASON (1966) à JASON (2001), la contribution française

 

Michel LEFEBVRE, Ingénieur CNES (e.r.), François BARLIER astronome titulaire, CERGA - Janvier 2006

D'après l'article paru dans la revue Navigation Volume 51, n° 202, Avril 2003 Page 35 à 81, que nous remercions pour l'autorisation de publication.

Partie2

Itinéraire dans l’histoire

De DIAPASON à DORIS, TOPEX-POSEÏDON et JASON-1

En 1957, la Terre, planète mal connue ?

De la géodesie à la géodesie spatiale : phase exploratoire 1965-1970

La triangulation : 3 dimensions par observation optique

La phase exploratoire en France (1965-1970)

L'approche dynamique

Systèmes radiofréquences

Une période clé : 1969-1970

Situation en France en 1969

Création du GRGS (groupe de recherches en géodésie spatiale)

 

Retour Sommaire général

Partie1

Partie3

Partie4

 


Itinéraire dans l’histoire

Nous pouvons maintenant décrire l’histoire de la contribution française, qui peut apparaître comme un parcours presque exemplaire entre deux dates : mars 1966, et août 2002. Mais nous devrons reprendre certains faits déjà cités. La partie précédente a fait apparaître les traits principaux de l’histoire de la géodésie mais on verra que les progrès ne s’improvisent pas et qu’il faut gagner la partie pas à pas et avec persévérance.

De DIAPASON à DORIS, TOPEX-POSÉÏDON et JASON-1

Rien n’est allé de soi et il a fallu y mettre beaucoup d'énergie ! En 35 ans, le CNES, les équipes de recherche associées, et les organismes partenaires ont bâti un programme ambitieux et unique dans le domaine de la mesure de la Terre et de sa dynamique.

Parmi les raisons de cette réussite, et elles sont nombreuses, il en est une que nous tenons à mettre en valeur plus particulièrement : il s'agit de la création du Groupe de recherche en géodésie spatiale, le GRGS. Son mode d'action et son approche novatrice des "problèmes de bon voisinage" entre organismes ou entre disciplines sont à la source d'une interdisciplinarité exemplaire. Dans la deuxième partie de cet essai, nous y reviendrons pour l'analyser plus à fond.

Mais d'abord, quelques dédicaces nous permettront de prendre un peu de recul pour réfléchir. Si l'objectif est bien ici de dresser un bilan, ne nous privons pas non plus, au passage, du plaisir et du devoir de rendre hommage à des grandes personnalité :

Dans le même article, il indiquait l'importance des mesures spatiales, notamment de l'altimétrie, ainsi que les précautions à prendre pour leur utilisation dans des modèles. À travers lui, c'est un hommage aux équipes de direction qui ont su prendre des décisions souvent à contre-courant des schémas théoriques, puis maintenir un soutien indéfectible à des programmes qui, par essence, réclament une continuité, soutien assuré, dans chaque organisme, et cela par un petit nombre de responsables de programmes qui ont su partager, au-delà des péripéties !.

Enfin, cet essai peut aussi être "un passage de témoin" à la génération qui nous suit et qui découvre, souvent avec intérêt, l'origine de nos programmes. Puisse-t-elle nous pardonner ce "délit d'initialisation", et peut être même... "d'initiation" ! Car, en bons géodésiens, nous avons essayé de baliser l'itinéraire à suivre. On verra, entre autres :

Dans le domaine considéré, on peut dire que le programme français de recherche spatiale a été un moteur pour la communauté internationale, y compris pour une part, pour les États-Unis et la NASA.

Bien plus qu’un aiguillon quelquefois nécessaire pour acquérir ou conserver un "leadership", nous avons bien souvent constitué la "référence": souvenons nous sans fausse modestie des demandes du Goddard Space Flight Center, le GSFC, pour créer la "Geodynamic Branch" sur le modèle (!) du Groupe de Recherches en Géodésie Spatiale.

 

Principe de l'altimétrie   Réseau Doris

 

 

En 1957, la Terre, planète mal connue ?

À l'échelle planétaire, en 1957, la Terre est une planète mal connue à tel point que la communauté scientifique internationale s'en préoccupe et organise une opération de grande envergure : l'Année géophysique internationale (1957-1958) (AGI) ; l'objectif était de mesurer des paramètres significatifs, en des sites bien distribués à la surface de la Terre, afin d'avoir une première vision globale de certains phénomènes essentiels. Les résultats obtenus, variables d'une discipline à l'autre, sont satisfaisants. Toutefois, ils posent de nouveaux problèmes et montrent la limite de l'exercice accompli :

  • l'échantillonnage "spatial", (au sens géographique), reste inégal ;

  • l'échantillonnage "dans le temps" est presque inexistant, tout au moins aux grandes échelles.

Malgré des efforts considérables, les différences entre instruments et dans le schéma de correction sont un obstacle à l'obtention de jeux de données homogènes et fiables.

1957 est aussi l'année du premier satellite artificiel. L'URSS le propose comme une contribution à l'AGI. La suite a montré combien cette idée allait au-delà du souci de propagande qui l'a probablement inspirée : création de fait du COSPAR (Comité international de recherches spatiales). L’irruption du premier Spoutnik a trouvé des esprits non préparés et, en particulier, les grandes unions scientifiques ont préféré créer un Comité international, le COSPAR (Committee On SPAce Research en anglais), ne pouvant prendre en compte immédiatement les impacts potentiels des possibilités des techniques spatiales et de leurs interdisciplinarités. Il fallait aussi du temps pour apprécier le potentiel et les possibilités amenées par ces nouvelles techniques.

 

De la géodesie à la géodesie spatiale : phase exploratoire 1965-1970

La triangulation : 3 dimensions par observation optique

La première idée est d'utiliser le satellite comme une cible géodésique très élevée. Des caméras photographiant le satellite éclairé par le soleil permettent de mesurer sa position sur le champ d'étoiles. Si plusieurs caméras judicieusement réparties effectuent des visées simultanées, on peut utiliser les méthodes de triangulation pour déterminer les positions relatives des stations. La hauteur élevée du satellite permet – pour la première fois dans l'histoire – les liaisons directes intercontinentales.

Cette idée a mobilisé une partie de la communauté géodésique, mais son utilisation était par nature limitée : pour impressionner la plaque ou le film, le satellite doit être en effet suffisamment brillant ; l'idée a donc été d’utiliser des satellites très gros évoluant à 1 500 km (diamètre de près de 30 mètres en forme de ballon) ; la magnitude stellaire est alors très grande de l'ordre de 0 ou –1. Les deux satellites ECHO-1 et ECHO-2 furent ainsi utilisés par de nombreux instituts géodésiques possédant des caméras fixes comme l'IGN en France. Le nom d'ECHO vient en fait des agences de télécommunication, qui les premières utilisèrent ces satellites à titre expérimental, comme cibles passives pour réfléchir des signaux radio utilisés en télécommunication. Mais, pour les géodésiens, le rôle de ces satellites était tout à fait différent. Cependant les précisions à espérer étaient forcément limitées, notamment par suite des déformations du satellite-ballon qui était en plus en rotation sur lui-même et dont les images photographiques ne pouvaient être très ponctuelles de manière totalement satisfaisante.

Pour améliorer cette situation, les promoteurs de cette méthode réussirent à mettre en orbite un satellite en forme de ballon mais plus rigide que les ECHO ; il s'agissait du satellite PAGEOS. Un projet utilisant les cameras BC-4 de l'US Coast and Geodetic Survey permit de disposer de 40 sites assez bien répartis autour du globe. L'ensemble des coordonnées des stations fut publié et constitua le premier système de référence terrestre mondial.
Nous savons maintenant que ce système n'avait pas d'avenir, pour deux raisons :

  • la précision finale affichée : 10 mètres sur les 3 coordonnées, (de fait plutôt 15 à 20 mètres), était trop faible ;

  • surtout le système n'apportait rien à l'utilisateur : que faire de positions de stations auxquelles on ne peut se relier géodésiquement de manière simple, ce qui était le cas ?

ECHO-1 et ECHO-2 ont eu cependant un autre intérêt majeur : visibles à l'œil nu, ils ont concrétisé de façon spectaculaire pour le public l'existence d'un nouveau domaine d'activité : "le Spatial". Ils ont permis aussi de mettre en évidence les effets de la pression de radiation solaire sur la trajectoire d’un satellite.

 

La phase exploratoire en France (1965-1970)

On adopte en France une démarche originale qui utilise trois atouts :

  • Le premier est l'existence de petites équipes de jeunes chercheurs et ingénieurs auxquels la recherche spatiale offre un débouché direct de leurs travaux. En particulier, la mécanique céleste trouve là un champ d'exercice idéal. Cet ensemble de jeunes chercheurs et ingénieurs se retrouve au Bureau des Longitudes, lors d'un séminaire hebdomadaire. C'est un superbe creuset d'idées et de projets. Des ingénieurs du CNES y participent ;

  • Le deuxième atout est le développement dans les laboratoires de recherche et dans l'industrie de techniques nouvelles qui vont trouver un champ d'application immédiat ;

  • Le troisième atout est l'occasion fournie par les tirs de qualification du lanceur Diamant : les masses et puissances disponibles pour la charge utile sont limitées, mais totalement compatibles avec l'emport de dispositifs géodésiques qui vont devenir les instruments permanents de la géodésie spatiale. C'est ainsi que les trois premiers satellites lancés par le CNES seront des satellites géodésiques.

  • En ce qui concerne les techniques laser, en France, le premier laboratoire qui tente de déterminer la distance par mesure du temps d'aller-retour d'une impulsion laser fut le service d'Aéronomie du CNRS à Verrières-le-Buisson. Il faut faire vite  : le satellite américain BEB, le premier équipé de trièdres réfléchissant le faisceau laser, est lancé en novembre 1964.
    R. et M. BIVAS installés à l'Observatoire de Haute Provence montent, démontent, et remontent leur équipement sur une ancienne tourelle militaire d'où ils suivent le satellite optiquement. Le 25 janvier 1965, seulement peu de temps après une équipe de la NASA, ils obtiennent les premiers échos et les premières mesures directes de distance sur un satellite artificiel.

 

La colocation des 3 stations laser du CERGA (J. Nicolas, 20 décembre  2002)

Mais, au mois de mai suivant, à l'Assemblée générale du COSPAR en 1965 à Buenos Aires, l'équipe française présente la première orbite calculée à partir de plusieurs passages de mesures de distance par télémétrie laser. Pour les ingénieurs du CNES qui firent cette trajectographie, ce fut un succès d’autant que ceci était leur premier cas concret de calcul de trajectoire de satellite ! Les erreurs résiduelles étaient de l’ordre de quelques mètres. En parallèle, le CNES fit développer des trièdres de rétro-réflecteurs laser. Ils furent placés sur les satellites DIADEME-1 et 2, lancés depuis Hammaguir en février 1967 par la fusée Diamant. Des mesures de distance furent faites avec succès avec une précision de l’ordre du mètre. Ces satellites furent observés et ré-observés pendant une vingtaine d’années.

  • Quant aux techniques Doppler, comme on le sait, la fréquence émise à bord d’un satellite est reçue au sol par une balise avec un décalage en fréquence variable qui dépend de l’éloignement ou du rapprochement de la source émettrice par rapport à la balise réceptrice. C’est l’effet Doppler. Le décalage de fréquences mesurée entre ces deux objets en mouvement, l’un au sol, l’autre dans l’espace, permet de mesurer leur éloignement ou leur rapprochement relatif. Cette information est suffisante pour reconstituer la trajectoire du satellite comme la position des balises dès que l’on dispose d’un réseau mondial de balises au sol et de mesures obtenues sur une durée de plusieurs jours. Entre une station au sol et un satellite, par exemple, il s'agit d'abord de mesures "simple trajet" où l'émetteur est à bord et le récepteur en station. Dans ce schéma, émission et réception doivent être pilotées par des oscillateurs très stables. En 1966, l'industrie a su construire des oscillateurs à quartz dont la stabilité en fréquence était de 10-10 sur la durée d'un passage (environ 1 000 secondes), ce qui ouvrait déjà de nouveaux horizons en géodésie. Dans les deux cas (mesures laser ou Doppler), au-delà du savoir faire à acquérir pour effectuer et valider la mesure, on va donc s'efforcer d'aller plus loin et de mettre en œuvre de nombreux projet-pilotes comportant des campagnes d'observation avec l’analyse approfondie des résultats et l’évaluation de la qualité et de l'utilité des mesures.
    DIAPASON lancé en mars 1966 va permettre de tester les premières mesures Doppler. En pratique 2 fréquences pilotées par un oscillateur ultra stable (OUS), embarqué à bord du satellite vont être utilisées. L’oscillateur doit être rigoureusement thermostaté. Les émissions du satellite sont reçues à Nice et à Beyrouth par des stations au sol fournies par la Société Anonyme de Télécommunication, la SAT. Ces stations sont également équipées d'OUS. Les mesures Doppler recueillies sont analysées ; la précision est évaluée ainsi que la stabilité des oscillateurs. Dans un deuxième temps, l'ensemble des mesures est utilisé pour le calcul des positions relatives des deux stations et conduit à des résultats tout à fait encourageants pour l’époque, au niveau de quelques 5 mètres.
    DIADEME-1 et 2, lancés les 8 et 17 février 1967, auront la même instrumentation que DIAPASON, mais des réflecteurs laser seront en plus implantés sur toute la surface disponible. Cette fois, les mesures Doppler et laser seront utilisées conjointement dans une campagne de recherche à plus grande échelle, ouverte à la communauté scientifique, la "RCP 133, Recherche Coordonnée sur Programme du CNRS". Ceci doit permettre de comparer les techniques entre elles et d’apprécier leur apport respectif sur le plan de la géodésie.
    Dans cette campagne, trois sites seront équipés de stations laser et Doppler : l'Observatoire de Haute-Provence, Stephanion en Grèce, et Colomb-Béchar en Algérie (cette dernière station mise en œuvre par l'ONERA, Office national d’études et recherches aéronautiques et spatiales).
    Les résultats de la RCP 133 auront un impact significatif. Elles mettent en relief l'importance de l'utilisation des lois du mouvement du satellite et des équations de la dynamique comme contrainte ; plusieurs méthodes d'exploitation des mesures seront développées, les résultats seront comparés. Les méthodes dites "semi-dynamiques", qui consistent à déterminer en même temps les paramètres de la trajectoire et les positions des stations, sont un compromis satisfaisant qui fera école.
    En ce qui concerne les mesures, il faut noter qu'en quelques mois, les 3 stations laser ont effectué 70 000 mesures laser. L'impact de cette performance sera considérable :

  • en France, où elle contribuera à la décision de construire une station laser améliorée avec une meilleure précision ;

  • mais aussi, elle permettra de multiplier les contacts multilatéraux visant à l'organisation d'une campagne d'observations laser à plus grande échelle. Ces contacts seront facilités par les 70 000 observations laser, que nous montrerons et distribuerons avec largesse (à cette époque, la station de la NASA avait 600 mesures). Pour résumer, nous étions appelés "The French Laser Men" !

  • Photographie sur fond d'étoiles.
    Les premières observations photographiques étaient limitées par la magnitude apparente des objets satellitaires. Pour la plupart des satellites il fallait pour obtenir des images mesurables augmenter les temps de pose, et donc suivre le mouvement du satellite, ce qui ne pouvait être fait avec une monture classique. En France, P. Muller va développer une caméra spécialisée, la caméra Antares comme cela avait été fait avec succès dans plusieurs autres pays : camera Baker-Nunn aux USA, caméra AFU-75 en URSS, caméra Hewitt au Royaume-Uni. Construite à l'Observatoire de Meudon avec une très belle optique qui fut un véritable défi de par son champ de vue et sa distance focale, puis implantée à Nice, elle va obtenir ses premiers résultats au début des années 70. Cependant, sa mise au point s’avèrera délicate, son utilisation lourde pour obtenir des résultats en grande quantité. Par ailleurs, son démarrage interviendra malheureusement trop tardivement au moment où d'autres moyens plus précis et plus faciles d’emploi se présenteront comme les techniques laser et radio. Les résultats ne pourront pas être à la hauteur des efforts consentis et en fait partout dans le monde la technique photographique vers le milieu des années 70 va être assez rapidement abandonnée au profit des nouvelles techniques radio et laser, sauf pour quelques applications spécifiques. Mentionnons toutefois au crédit de la caméra Antarès un résultat qui souleva un certain émoi : les mesures simultanées effectuées avec la caméra de Malvern (UK) permirent de publier les coordonnées des deux sites : la confidentialité qui empêchait l'échange des coordonnées entre pays européens était balayée par ces satellites "passe-frontières".

    Un autre effort avait été entrepris pour accroître les durées d'observation et notamment lorsque les satellites étaient dans l'ombre de la Terre : une des solutions était de placer à bord des lampes flash déclenchées à des instants connus ; ce fut le cas pour les satellites Américains ANNA-1B et GEOS-1. La durée limitée des lampes et l'absence d'amélioration de la précision ont conduit à l'abandon de cette technique.

    L'ONERA mettra en œuvre à cette époque un autre concept : éclairer le satellite depuis le sol à l'aide d'un laser de forte puissance ; on peut alors le photographier. Si l'on dispose au même endroit d'une station laser pour mesurer la distance, on obtient les 3 composantes du vecteur station-satellite. L'idée était séduisante. Le cliché avec la trace du satellite GEOS-1, matérialisée par les points lumineux dus aux lampes flashs ou au laser de puissance a été reproduit maintes fois. Cependant, il s'agit d'une expérience lourde et coûteuse qui restera sans suite compte tenu des progrès fantastiques en précision et en facilité d’emploi réalisés en parallèle par les autres techniques radio et laser.

  L'approche dynamique

Dés les premiers satellites, l'observation des perturbations sur les orbites permit de déterminer les premiers termes du potentiel terrestre et notamment C20, lié à l'aplatissement dynamique et C30, qui traduit la dissymétrie entre les deux hémisphères terrestres. En 1959 et jusqu'au milieu des années 60, des valeurs pour les premiers coefficients du potentiel terrestre, développé en harmoniques sphériques, furent ainsi régulièrement publiées et comparées.

Il s'agit de "produits dérivés" de calculs des trajectoires effectués de toute manière par les centres spatiaux. Les moyens de calcul ne permettaient pas d'aller au-delà ; il en est resté l'idée, à la source de bien des controverses, qu'une activité spécialisée n'était pas nécessaire ! En fait, comme on l’a dit plus haut, les méthodes dynamiques se sont imposées rapidement pour déterminer aussi bien les positions des stations, les paramètres de la rotation de la Terre que les coefficients des développements en harmoniques sphériques du champ de gravité de la Terre.

 

Systèmes radiofréquences

ÉOLE ... DIALOGUE ... GÉOLE.
Après DIAPASON, l'idée de localiser des objets à partir de mesures entre un satellite et ces objets fut proposée à la fin des années 60. La mission était de suivre les déplacements de ballons déployés dans la stratosphère. Le satellite ÉOLE lancé par la NASA était équipé d'un système de mesures Doppler et distance "double trajet" : les fréquences émises à bord sont reçues par un répondeur sur le ballon qui renvoie le signal vers le récepteur de bord. L'avantage de ces mesures aller-et-retour est de n'imposer aucune contrainte sur les stabilités en fréquence et de minimiser ainsi les équipements sur l'objet à localiser.

D'ÉOLE à GÉOLE
Dés la conception d'ÉOLE, l'idée germait de bâtir sur le même concept un système mondial de localisation et navigation, le système GÉOLE proposé..., en mars 1968 ! Il comportait des satellites à 6 000 kilomètres et un réseau de 50 à 60 stations-sol permettant le calcul de la trajectoire et les positions des stations avec une précision de l'ordre du mètre. GÉOLE ne sera finalement pas décidé. Aujourd'hui encore, on peut penser qu'il constituait une alternative crédible pour les applications qui ont vu le jour depuis.

Le satellite DIALOGUE, expérience probatoire pour GÉOLE, avait été étudié et proposé pour un lancement par Diamant en 1976. L'abandon de Diamant au profit d'Ariane arrêta le développement, mais le projet avait été jusqu'à la fourniture d'une maquette sur table du satellite.

D'ÉOLE à ARGOS
Lors de la conception d'ÉOLE, des actions avaient été menées pour voir si, outre les météorologues, le système pouvait convenir à d'autres utilisateurs. Des contacts avaient été pris en particulier avec des océanographes et leur réponse avait été... peu enthousiaste : s'il était clair que la localisation de bouées présentait un intérêt dans des zones particulières, la nécessité d'un système global n'apparaissait pas nettement.

Au début des années 70, un changement d'attitude est observé. Au plan international, les mêmes océanographes nous disent : "We want a second ÉOLE !" Que s'est-il passé entre temps ? On a simplement découvert que l'océan est partout turbulent et que l'énergie tourbillonnaire est au moins égale à celle des grands courants ! Un système global devient alors nécessaire. Mais les ingénieurs du CNES avaient, eux aussi, fait une découverte : ÉOLE n'était-il pas trop complexe et coûteux ?

L'idée d'utiliser un système "simple trajet montant" permettait de garder le maximum de simplicité pour les balises-sol. Ce sera le concept ARGOS, opérationnel depuis 1978, et qui est réutilisé pour Doris. Nous le mentionnons ici pour montrer combien chaque système nouveau a en réalité une filiation. La sélection naturelle peut aussi être un moteur de l'évolution technologique !

Techniques radioélectriques  ===>>>

 

Une période clé : 1969-1970

Deux événements majeurs caractérisent cette période : la publication de la "Standard Earth" par le "Smithsonian Astrophysical Observatory", le SAO, et une grande réunion scientifique sur les applications des techniques spatiales à l’étude de la Terre et des océans à Williamstown aux États-Unis.

Avec la "Standard Earth", il s'agit de la détermination et de la publication du premier modèle de Terre complet, par le SAO à Cambridge, Massachusetts, c’est-à-dire la publication de toutes les coordonnées des stations de poursuite des satellites dans un système géocentrique associé à un jeu déjà très complet des coefficients du développement du champ de gravité de la terre en harmoniques sphériques. Initialisé au milieu des années 60, c'est un projet ambitieux avec un objectif clair. En outre, il est effectivement "organisé comme un projet" : toutes les composantes nécessaires sont identifiées, et les actions requises sont menées à bien :

  • les observations de base sont les photographies sur fond d'étoiles prises par les caméras Baker-Nunn. Celles-ci sont modifiées par l'ajout d'un axe de rotation supplémentaire qui leur permet la poursuite de satellites peu brillants,

  • les films sont traités automatiquement en station,

  • le choix des satellites à observer a été fait avec soin de manière à avoir la diversité d'orbites requise,

  • l'implantation des caméras a été optimisée pour améliorer l'échantillonnage,

  • les théories analytiques pour décrire le mouvement des satellites ont été mises en œuvre ainsi que les schémas d'assimilation des données,

  • la mise en service d'une échelle de temps atomique AS et sa maintenance ont permis une cohérence qui était d'habitude un point noir pour des travaux de géodésie et d’astrométrie,

  • enfin un modèle de densités atmosphérique ad hoc a permis un filtrage efficace des effets de frottement atmosphérique.

L'impact est très grand. La Standard Earth-I est publiée et largement diffusée au COSPAR à Vienne en 1967. La Standard Earth-II est publiée par Gaposchkin et Lambeck dans le "Journal of Geophysical Research" en 1971. C'était le premier projet civil majeur. La solution finale donnait les coordonnées de 41 stations et le champ de gravité jusqu'au degré et ordre 40. La réalisation s'est passée dans un climat de coopération totalement ouvert.

En contre-coup, la réaction du DOD (Department of Defense) a été nette : la publication sans autorisation de ce modèle de Terre a entraîné l'arrêt total du soutien de la Défense et la dispersion de la remarquable équipe !

L'expertise acquise et les résultats obtenus conduisaient à réfléchir sur l'avenir. Une réunion de travail se tient à Williamstown sous l'égide de la NASA en juillet 1969. Présidé par William Kaula, l'atelier est consacré au thème "Earth and Ocean Physics". Quatre Français y assistent. La question est simple. En prenant comme base de départ la technologie existante, les premiers résultats, et l'émergence de nouveaux objectifs, – en particulier en géophysique et en océanographie– quelle stratégie adopter, quelles priorités exprimer en termes de projets ? La synthèse finale est une excellente perspective. Elle a eu un impact sur les 20 ans qui ont suivi, en particulier sur les missions d'altimétrie et de mesure du champ de gravité : dans les 2 cas, la série de missions qui se sont succédées correspondaient à une ambition considérable, mais en parcourant les étapes nécessaires.

C. Lundquist le dynamique manager de l’équipe du SAO était aussi la locomotive du colloque ; le diagramme reproduit ci-dessus met bien en évidence les tâches à effectuer et fait ressortir la notion de système. La réussite ne peut intervenir que si l'ensemble de la boucle est parcouru. On procède par itérations successives en s'assurant qu'à chaque itération, on obtient des spécifications cohérentes, et en particulier, des interfaces bien définies. On voit apparaître dans ce diagramme de 1969 deux nouveautés épistémologiques :

  • on recommande d'utiliser des modèles, en pressentant que les modèles permettront d'intégrer des données in situ et des données spatiales,

  • le résultat d'une itération doit être pris en compte pour améliorer le système lors de l'itération suivante ! (on parcourt un cercle vertueux...).

S'agissant de projets spatiaux, ces deux recommandations se combinent merveilleusement : en effet, les observations spatiales permettent un échantillonnage dense et global (même si certaines portions intéressantes du spectre demeurent sous-échantillonnées...) : on peut donc, à chaque itération déterminer ce qui vient des déficiences du modèle et ce qui vient du système de mesures ! On assure ainsi ce que les géodésiens appellent, (lorsqu'ils vérifient la cohérence des longueurs de base), la "fermeture du système" 

!

Diagramme de C. Lundquist ===>>>

 

Situation en France en 1969

En moins de 5 ans, un programme de géodésie spatiale important a été réalisé. Il a bénéficié de circonstances favorables : les tirs d'essai de Diamant qui ont placé le CNES et les équipes qui ont participé dans une position de "leadership".

Tous les systèmes d'observation ont été mis en œuvre. Au-delà, ce sera une constante, les équipes françaises ont eu le souci d'analyser les observations recueillies et de discerner, au travers des résultats, leur capacité à répondre à des questions scientifiques ou à participer à des programmes à vocation de type applications.

Être à l’avant ne suffit pas ! Il faut essayer d'avoir une vision des enjeux. Les laboratoires ou organismes qui pourraient être intéressés n'appréhendent pas encore toutes les possibilités du spatial. La politique du CNES sera donc de favoriser l'émergence de laboratoires dits spatiaux dans les disciplines scientifiques où l'apport des mesures spatiales est évident. Cette politique a toujours été considérée comme une réussite majeure du CNES.

Pourtant, pour la géodésie spatiale, il va en être autrement : la vision de l'utilisation des techniques de mesures de type géodésique pour la "Physique de la Terre et des Océans" est prometteuse, mais il faudra plusieurs années pour transformer cette vision en programme.

Il apparaît dès le début que, si cette nouvelle discipline voit le jour, elle n'aura un avenir que si des systèmes opérationnels se mettent en place. Ces systèmes ont également la particularité de nécessiter un secteur de stations au sol important, dont la gestion dépasse les possibilités d'un laboratoire. Il y a, par contre, un tronc commun important avec l'une des activités de base de tout centre spatial : le calcul des trajectoires – qui, du reste, utilise les modèles de champ de gravité et les positions des stations d'observation déterminés par les équipes de la géodésie spatiale.

Création du GRGS (groupe de recherches en géodésie spatiale)

Le besoin et les enjeux

 La réussite initiale a fait naître des idées qu'il faudrait mettre en œuvre très vite pour conforter notre position. 

Au CNES, on fait les constats suivants :

  • l'atelier de Williamstown a montré que les techniques de mesures vont bientôt permettre de faire naître des recherches nouvelles dans le domaine des sciences de la Terre, et notamment en géophysique et en océanographie : l'altimétrie radar au-dessus des océans est la première priorité

  • les possibilités du positionnement, de la localisation, et de la navigation par satellite sont sans limites ; Diapason, puis ÉOLE, (et la proposition GÉOLE), ont ouvert la voie,

  • les tâches à effectuer sont nombreuses, les acteurs à mobiliser sont dans des structures très diverses, avec chacun leur propre culture de travail et d'entreprise ; les moyens nécessaires peuvent être lourds : décider le calcul complet d'un champ de gravité exige de disposer d'un calculateur très puissant ; de plus, à terme, d'autres disciplines et d'autres utilisateurs seront intéressés. Au plan national, plusieurs organismes sont concernés.

La solution de confier tout ou partie de ces tâches à une division du CNES est écartée : elle n'est pas conforme à la politique générale. Cependant, il apparaît important de valoriser l'apport d'ingénieurs du CNES. L'idée est de leur donner une certaine autonomie "pour qu'ils puissent s'investir sans contraintes dans les propositions de recherche et dans l'analyse des données et la publication des résultats".

Dans une première étape, une décision du Président du CNES, J-F. Denisse, intervient dès mars 1970. Elle crée au sein de la division Mathématiques, un département "Géodésie Spatiale". La mission assignée est claire – la copie de la décision est donnée en annexe 1.

La solution adoptée

Plutôt que de créer un nouveau laboratoire, dont les statuts auraient dû être (longuement) négociés, les quatre organismes fondateurs, à savoir, le Bureau des Longitudes, le CNES, l'Institut Géographique National, et l'Observatoire de Paris ont décidé, lors d'une réunion au Bureau des Longitudes de créer une entité nouvelle, le GRGS : Groupe de Recherches en Géodésie Spatiale.

Prenant le risque de réussir, ils adoptent une idée de base fort simple : celle de mettre en commun leurs ressources. La démarche est totalement pragmatique : un simple document revêtu des signatures des quatre présidents a suffi, puisque la nouvelle entité n'a aucune autonomie administrative. L'objectif n'est – volontairement – pas détaillé.

Un comité de surveillance à l'échelon des directeurs, et un comité scientifique approuvent les choix proposés et font vivre l'ensemble ; il n'y a pas de structure commune, mais un bureau exécutif coordonné par un directeur exécutif. Les équipes mises à la disposition du GRGS restent totalement administrées par leur organisme d'origine.

En revanche, elles soumettent en commun des propositions de recherche. Celles-ci sont examinées par la procédure commune à tous les laboratoire ; en cas d'acceptation, les budgets sont gérés par l'un des organismes. Elles peuvent aussi se voir confier par leur organisme d'origine des tâches d'études plus en amont.

Cette formule originale révèle rapidement ses nombreux atouts : elle est simple et totalement souple ; les programmes sont décidés en commun ; les organismes y consacrent des ressources en fonction de leur intérêt propre et du contexte extérieur.

Pour les personnels, c'est l'occasion de pouvoir prendre des initiatives tout en sachant qu'ils peuvent revenir dans leur organisme d'origine... Pour les organismes, la souplesse est grande : ils pourraient à tout moment quitter le GRGS. Par contre, il est facile d'accueillir un nouveau partenaire, et cela a été le cas à plusieurs reprises, notamment pour le Service Hydrographique et Océanographique de la Marine, le SHOM.

Le CNES a joué à fond la carte du GRGS : une décision du Général Aubinière le 1er avril 1971 affecte au GRGS (avec liste nominative) le département Géodésie Spatiale, créé un an plus tôt !

Toutefois, souplesse n'est pas facilité : des structures qui n'ont pas d'autonomie ou qui sont à part peuvent provoquer des réactions de rejet du côté de l'organisme d'origine ou dans la communauté scientifique... Cette autonomie est aussi une force – dont il ne faut pas abuser – mais qui est réelle, en particulier dans les relations internationales où le GRGS apparaît comme "un vrai" partenaire, avec lequel on peut même signer des "Memorandum of Understanding" avec des partenaires américains !

Les thèmes de recherche

Ils apparaissent dès fin 1970, dans un document rédigé par F. Barlier et M. Lefebvre, en support à la proposition de créer le futur GRGS : "Propositions à long terme en géodynamique".

Ce document, évidemment prospectif, avait à l'époque été critiqué pour son manque de focalisation sur un thème prioritaire, la géodésie par exemple, et pour la priorité apparente donnée aux systèmes d'observations, faisant ainsi ressortir des objectifs purement technologiques : "tout ce qu'il est possible de déterminer à partir de mesures précises de distances, directions, vitesses, accélérations, entre stations terrestres et satellites, ou entre satellites. Cela concerne l'étude de la Terre en tant que solide déformable ainsi que les grands mouvements des masses fluides qui l'entourent, et leurs interactions."

Cette définition est en total accord avec les Conclusions de Williamstown. Elle est en fait pleine de signification. Dès cette époque, on a le souci que les mesures faites constituent une avancée et pas seulement une contribution, ou alors, que ce soit une contribution décisive : on ne peut atteindre les objectifs sans ces données (ce qui ne veut pas dire qu'elles suffisent...).

On voit là l'une des missions essentielles du GRGS :
Être en interface avec d'autres laboratoires et avoir avec eux un dialogue en profondeur, c’est-à-dire comprendre suffisamment les objectifs d'une discipline pour être à même de les traduire en termes de missions et de projets utilisant les mesures effectuées depuis l'espace.

Cette mission a souvent été mal comprise, (quelquefois même à l'intérieur du GRGS !), et a donné l'impression d'une dispersion car, pour la remplir, il faut conjuguer trois qualités :

  • la première est de constituer une force de propositions et, une fois acceptées, de prendre une part active dans l'analyse des données et la publication des résultats,

  • la deuxième est d'être constamment à l'écoute d'autres chercheurs et utilisateurs,

  • la troisième est de participer aux études en amont.

Tout ceci n'est possible que si la variété des profils des personnes le permet, d'où la nécessité d'avoir des équipes comprenant des chercheurs ou ingénieurs d'autres organismes (CNRS, IFREMER, IRD), et la nécessité - souvent contestée - qu'une partie du GRGS soit en contact direct avec le Centre Spatial de Toulouse.

Il faut assurer la "biodiversité des membres du GRGS" ! La mission de "percolation" vers d'autres laboratoires est à réaliser en lien avec les responsables de programmes, mais elle est fertilisante et peut se résumer en deux phrases :

  • au lieu de demander leur avis aux utilisateurs potentiels, susciter leur intérêt !

  • au lieu de demander leur support aux utilisateurs, leur procurer des opportunités !

C'est ce qui a été fait au GRGS : si les décisions ont été prises en 1970, c'est aussi qu'il y avait une forte pression.

Pour une description détaillée de l'altimétrie on se réfèrera au chapitre V du livre "La machine Océan", (de J-F. Minster).

 

Retour Sommaire Partie 2

Retour Sommaire général

Partie1

Partie3

Partie4