Assimilation de données géodésiques et estimation de références pour l'étude du changement climatique – GEODESIE

Notre objectif est de traiter toutes les données disponibles depuis le début des années 1980, avec un logiciel spécifique de combinaison/assimilation de données, pour calculer simultanément et en cohérence toutes les références géodésiques. Nous proposons également d’assimiler les données des techniques de géodésie spatiale (Orbitographie et radio-positionnement Doppler intégrés sur satellite, Systèmes de navigation globaux par satellites – GPS, GLONASS et Galileo, Télémétries laser sur satellites et sur la Lune et Interférométrie à très longue base) sur la base d’un modèle physique commun et d’une paramétrisation unifiée. Cela vise à questionner la contribution de chacune des techniques à l’exactitude et à la stabilité des repères géodésiques globaux et à mieux comprendre et atténuer les sources d’erreurs dans les traitements des données. La qualité des références sera évaluée avec des données et des modèles indépendants. Nous calculerons des séries temporelles de niveaux des mers géocentriques avec les données des altimètres satellitaires et des marégraphes sur la base de ces références (orbites des satellites altimétriques, repères de référence terrestres, etc.).

Nous évaluons l’avancement du projet à 50 %, avec d’importants résultats scientifiques et propositions techniques sur différents leviers d’amélioration des références géodésiques : évaluation de l’impact d’un éventuel futur Observatoire géodésique fondamental à Tahiti et d’un éventuel site de co-localisation dans l’espace, traitements de données et modèle d’évolution à la pointe, étude exhaustive des liens possibles dans la modélisation des observations des techniques de mesure, etc. Tout cela va permettre à l’équipe de poursuivre le projet sur des bases solides afin de le mener à son terme.

Le projet GEODESIE est un projet de recherche finalisée coordonné par l’Institut national de l’information géographique et forestière (IGN). Il associe aussi le Centre national d’études spatiales (CNES), Géosciences Environnement Toulouse (GET), l’Observatoire de Paris (SYRTE et IMCCE) et l’Université de la Rochelle (UMR LIENSs). Le projet a commencé en mars 2017 et a duré 60 mois. Il se poursuivra, dans un autre cadre, pendant au moins 60 mois.

Nous avons publié/soumis cinq articles dans des journaux à comité de lecture, sur des sujets innovants, comme la prise en compte de corrélations spatio-temporelles pour des séries de positions d’antennes GNSS, ou des simulations pour de futurs instruments au sol ou satellites. Ce projet a donné lieu à 19 communications lors de colloques internationaux et nationaux. L’équipe du projet a par ailleurs été très impliquée dans le calcul de la dernière version du repère géodésique global, l’ITRF2020.

Beaucoup d'indicateurs majeurs du changement climatique sont surveillés depuis l'espace (montée du niveau des mers par altimétrie satellitaire, fonte des glaces par données de satellites spécifiques, etc.). Cette surveillance dépend directement des références que seule la géodésie peut fournir (positions et vitesses des instruments d'observation au sol, orbites des satellites, etc.). L'exactitude actuelle de ces références ne permet pas de répondre complètement aux défis posés par le système Terre en constante évolution, et peut ainsi limiter l'exactitude de ces indicateurs. Pour cette raison, dans le cadre du Système d'observation géodésique global (GGOS), des exigences strictes sont fixées au Repère de référence terrestre international (ITRF) pour la prochaine décennie : une exactitude de 1 mm et une stabilité de 0.1 mm/an. Cela signifie une amélioration de la qualité actuelle de l'ITRF d'un facteur 5-10.
L'amélioration de la qualité des références géodésiques est un enjeu qui nécessite une remise en cause complète des méthodologies impliquées. La méthode la plus pertinente et prometteuse pour cela est la combinaison directe des mesures de géodésie spatiale utilisées pour estimer les solutions qui sont actuellement combinées pour calculer les références officielles du Service international de la rotation de la Terre et des systèmes de référence. Le projet GEODESIE a donc pour objectif de déterminer des références globales et cohérentes (séries temporelles de repères terrestres et célestes, de paramètres de rotation de la Terre et orbites des satellites d'observation de la Terre) de grande exactitude par une assimilation de données géodésiques sans précédent. Ces références seront mises à disposition des communautés scientifiques pour permettre une meilleure compréhension du changement climatique. Des séries temporelles de niveaux des mers calculées à partir de données altimétriques et marégraphiques avec ces références (orbites des satellites altimétriques, repères terrestres et vitesses verticales correspondantes) seront aussi mises à disposition.
Pour cela, nous proposons de traiter l'ensemble des données disponibles depuis l'avènement de la géodésie spatiale avec un logiciel spécifique d'assimilation de données, afin de calculer simultanément et de façon homogène tous les produits et références géodésiques. Nous proposons aussi d'utiliser tous les liens possibles entre les techniques de géodésie spatiale (DORIS, GNSS, LLR/SLR et VLBI) et de remettre en cause la contribution de chaque technique à l'exactitude et la stabilité des repères terrestres. La qualité des références sera évaluée avec des données et des modèles géophysiques indépendants.
Les séries temporelles de niveaux des mers géocentriques permettront de mieux appréhender (i) les processus régissant la montée du niveau des mers et ses variations régionales et (ii) la contribution à ces processus du changement climatique global induit par les émissions de gaz à effet de serre. Les références géodésiques constitueront des bases essentielles à l'observation et la surveillance de la Terre pour répondre aux enjeux du siècle. Elles seront mises à jour de façon opérationnelle après le projet. Tous les résultats et rapports de calcul et d'évaluation seront accessibles sur un site Internet qui sera conçu et mis en ligne au début du projet.
Ce projet sera une opportunité sans précédent de munir l'équipe impliquée (et, par extension, le Groupe de Recherche de Géodésie Spatiale – GRGS) d'une pleine capacité de simulations et d'assimilation de données pour : (i) renforcer sa position de référent international sur les combinaisons directes de mesures géodésiques, (ii) préparer l'arrivée future de missions spatiales telles que GRASP (Antenne géodésique de référence dans l'espace) et (iii) contribuer significativement au GGOS avec des références de grande qualité estimées par assimilation de données.