Applications géodésiques et géophysiques du système DORIS

Colloque TOSCA, 21-22 Mars 2012
Applications géodésiques et géophysiques du système DORIS
Pascal Willis, Institut Géographique National, Institut de Physique du Globe de Paris, Paris, France
Jordane Strittmatter, École Supérieure des Géomètres et Topographes, Le Mans, France
Marie-Line Gobinddass, Université des Antilles et de la Guyane, Pointe à Pitre, France, Centre IRD, Cayenne, France
1.  Le système DORIS
Quelques publications (2009-2011)
3. Détermination du retard troposphérique
DORIS (Détermination d’Orbite et de Radiopositionnement Intégrés par
Satellite) est un système ascendant basé sur le système Doppler avec 57
stations au sol et une constellation de sept satellites (Janvier 2012). Il a été
développé par le CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) et l’IGN
(Institut Géographique National), en partenariat avec le GRGS (Groupe de
Recherche de Géodésie Spatiale) à la fin des années 80.
L’objectif principal est de fournir les orbites précises de satellites à basse
altitude pour des missions de mesures altimétriques. Compte tenu de la
bonne qualité des résultats, il est aussi utilisé pour déterminer la position et
le déplacement des stations DORIS ainsi que les paramètres de la rotation
terrestre.
Grâce aux mesures DORIS, il est possible de calculer le retard troposphérique zénithal et le gradient troposphérique
horizontal. Afin de valider ces calculs, les résultats ont été comparés avec ceux obtenus par d’autres méthodes (GPS
et VLBI). Les résultats sont assez proches (corrélation moyenne de 0.978 avec le GPS, Bock et al., 2010) mais
présentent une plus forte dispersion, en particulier dû à la non prise en compte à l’époque des calculs de l’effet de
l’anomalie sud atlantique sur l’oscillateur à bord du satellite SPOT-5 (Stepanek et al., 2010).
En revanche, les mesures DORIS étant peu affectées par des changements de matériel (il n’existe que deux types
d’antennes : Alcatel et Starec) et possédant une bonne répartition temporelle et spatiale, elles peuvent permettre
Carte des co-locations GPS-DORIS (en 2007)
d’étalonner d’autres systèmes de mesures. Dans le cas du GPS, une discontinuité de 5mm a été mise en évidence
suite à un changement de méthode de calcul GPS (modèle de variation du centre de phase) (legacy vs. Repro-1).
Lors de la campagne CONT08, les résultats DORIS ont été comparés avec ceux du VLBI et de GPS ainsi qu’avec des
mesures de radio-sondages. On constate que les résultats DORIS sont assez proches mais qu’ils présentent une
dispersion toujours plus élevée que GPS dû au faible nombre de mesures disponibles par station DORIS.
Corrélation entre le retard troposphérique
estimé par GPS et par DORIS de manière
indépendante (Bock et al., 2010)
Réseau mondial de stations DORIS
Missions DORIS
(co-locations avec d’autres techniques)
Comparaison des gradients troposphériques horizontaux
obtenus par DORIS et GPS (Willis et al., 2010) prenant en
compte la non symétrie de la troposphère localement.
2. Applications géophysiques
Le suivi des stations DORIS a permis de
mesurer les déformations à proximité du volcan
de Socorro (Mexique). Suite à l’éruption sousmarine (1993), on a constaté un déplacement
vers la chambre magmatique principale (centre
du volcan), dû à la subsidence, puis un
éloignement, suite à l’arrivée probable de lave
dans une chambre magmatique secondaire
(Briole et al., 2009).
Dans le cadre de l’observation du niveau des
océans, le système DORIS permet de
déterminer les orbite précises pour des
missions altimétriques (TOPEX/Poseidon,
Jason-1, Jason-2, Envisat, Cryosat-2, HY-2A)
(Cerri et al., 2010; Lemoine et al., 2009).
A l’aide des systèmes de géodésie
spatiale (GPS, VLBI, SLR et DORIS), un
nouveau modèle de plaques tectoniques
(GEODVEL 2010) a été estimé (Argus et
al., 2010). Il diffère sur de nombreux points
par rapport aux modèles précédents
(origine du repère, pôle de rotation et
amplitude du mouvement des plaques).
Compte tenu du besoin d’étalonnage, DORIS pourrait donc devenir un des nouveaux acteurs dans le domaine de la
climatologie. Par contre, les applications en temps réel sont impossible. Pour la météorologie, le GPS reste un
instrument indispensable.
Comparaison VLBI (gris) et GPS (rouge) avec
les autres méthodes dont DORIS, durant la
campagne CONT08 (Teke et al., 2010)
Mise en évidence grâce à DORIS d’une
discontinuité de 5mm suite au changement du
modèle d’antenne GPS (de relative à absolue, le 5
Novembre 2006) (Bock et al., 2010)
4. Amélioration des calculs IGN/DORIS
Présentation des différentes améliorations méthodologiques apportées entre le calcul
précédent (en bleu) et le calcul actuel (en rouge).
La courbe bleue représente les translations hebdomadaires TZ du géocentre lorsque le coefficient de
pression de radiation solaire est estimé (ancien calcul). La courbe rouge représente ces translations
lorsque le coefficient est fixé suite à un retraitement total des mesures DORIS disponibles (nouveau
calcul réalisé pour l’ITRF2008). Dans la nouvelle solution, l’artefact de calcul périodique à 118 jours et
à 1 an est significativement réduit grâce à une meilleure prise en compte du coefficient de pression de
radiation solaire (Gobinddass et al., 2009).
Comparaison des mouvements de la rotation terrestre déterminés par mesures DORIS avec la
solution GPS/JPL
Le premier graphique représente l’accord entre DORIS et GPS pour la composante X du pôle : en
rouge, lorsque le coefficient de pression de radiation solaire est estimé dans les calculs DORIS
(solution précédente), en bleu lorsque ce coefficient est fixé à une valeur empirique (nouvelle solution
pour l’ITRF2008). On note une amélioration d’un facteur 2 sur l’écart-type (bruit de mesure réduit
montrant un meilleur accord avec la solution GPS) et plus nettement à partir de 2002 où le nombre de
satellites DORIS a augmenté (de 3 à 5), permettant ainsi une amélioration significative des résultats
géodésiques DORIS.
Le second graphique représente une analyse en fréquence de ces différences en estimant le
coefficient de pression de radiation solaire DORIS (en bleu) ou en fixant ce coefficient (en rouge).
On note plusieurs diminutions significatives du bruit dues à cette nouvelle méthode de calcul sur le
coefficient de pression de radiation solaire dans les calculs DORIS. Ceci réduit les effets aux périodes
draconitiques des satellites (118 jours ou un an selon les satellites). Cela réduit aussi les effets
précédemment constatés sur le pôle de la rotation terrestre à 5.2 jours, ce qui correspond au souscycle des satellites SPOT (Willis et al., 2010).