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espace et société
MINISTERE DE LA JEUNESSE , DE
L’EDUCATION NATIONALE ET DE
LA RECHERCHE
Réseau Terre & Espace
GEODESEA
Mots clés : GPS, GALILEO, Géodésie spatiale, Positionnement, Métrologie de
Précision, Systè me de réf érence, Acoustique Sous-Marine (ASM)
« Système de mesures précises de positionnement sous l’eau. »
J.Ammann4 , V.Ballu4 , M.Diament4 , C.Deplus 4 , M.-N.Bouin3 , J.-M.Nocquet3 , M.Kasser3 , O.Jamet3 ,
H.Thomas1 , C.Bechaz 1 , G.Ayela6 , J .-M.Coudeville6 , P.Balestrini5 , R.Damiano5 , C.Michel5 ,
L.Stephane7 , M.Charles2
Site Web : http://ganymede.ipgp.jussieu.fr/gravi/geofm/RTEGeodesea/
Le contexte
L’objectif
Le programme de travail
Les systèmes de positionnement par satellite (GPS, GLONASS et le futur GALILEO) ont
considérablement facilit é la localisation de l’homme dans l’ espace et sur la Terre. Ces outils sont
aujourd ’hui largement utilisés pour positionner avec pr écision des objets sur la terre ferme et dans les
airs. Outre les utilisations directement li ées au positionnement des objets mobiles (vé hicules
terrestres, aériens ou marins), de nombreuses autres applications existent, comme par exemple:
L’objectif de notre « projet RTE » est de développer un système de mesures précises de
positionnement sous l’eau. Ce projet vise une précision de quelques cm sur une porté e moyenne de
l’ordre de 5 km avec éventuellement plusieurs balises pour couvrir cette distance selo n la topographie
des fonds. Ces mesures sont rattach ées avec précision en surface, via GPS, à des repères à terre
et/ou des plates-formes en mer.
On propose de partir d’ exp ériences acquises par les différents partenaires et d’ instruments existants
dont on améliorera les performances au cours de ce projet et de mettre au point des méthodes de
mesures pour atteindre l’ objectif souhait é.
- l’estimation des mouvements de la tectonique des plaques,
- la surveillance de la lente déformation des ouvrages d’arts au fil des ans,
- la surveillance des glissements de terrain,
- l’observation de l’étendue des zones rurales, urbaines et industrielles afin d’ évaluer par exemple
les risques de pollution associ és,
- l’établissement des cartes pré cises et globales permettant une meilleure gestion des ressources
naturelles, territoriales et industrielles,
-…
Tout comme on le faisait en GPS au début des ann ées 90, ce projet répondra aux besoins en
métrologie par des mesures de positionnement statique sur des repères géo désiques sous-marin.
L’instrumentation et les méthodologies émergeantes de ce projet permettront de faire un pas
décisif dans le domaine de la mesure sous-marine précise et pourront avoir des répercussions sur
les mesures cin ématiques (positionnement d’ engins en mouvement).
Aussi, ce projet ouvre des perspectives de services pour le futur systè me GALILEO liées au
transfert de positionnement satellitaire au domaine sous-marin.
Le projet se découpe en plusieurs phases:
• Définition du concept du système de mesure en réunissant les savoir-faire et les besoins des
différents partenaires.
• Modélisations et Simulations pour estimer les ordres de grandeurs de pr écision.
• Élaboration des cahiers des charges pour les réalisations instrumentales et pour les procédures
de mesures.
• Développements des lots instrumentaux pour les mesures au fond, les mesures de
rattachement en surface et les logiciels de post-traitement.
• Contrôle des lots sur le respect du cahier des charges.
• Valorisation et validation des lots en situation réelle.
Aussi la grande pr écision offerte par ces systèmes de positionnement permet de mesurer des faibles
mouvements au fil du temps, susceptibles à tout moment d’ entraîner des consé quences dévastatrices
pour l’environnement, la société et l’ économie.
Mais aujourd’ hui, ces systèmes s’arr êtent à la surface de la Terre et en particulier aux zones
émerg ées. Il n’existe pas sous l’eau un système de positionnement étendu et précis comme les
signaux GPS; le positionnement par satellite ne traversant pas la colonne d’eau. Il est donc difficile
d’estimer et de suivre pr écisément le positionnement et le mouvement d’objets immerg és. Certains
besoins industriels, économiques et scientifiques nécessitent pourtant cette connaissance, en zones
partiellement ou totalement immergée s…
Le march é de la métrologie de précision en milieu subaquatique.
Il s’agit de mesures statiques nécessitant une pr écision centimétrique pour définir la position relative
de structures sur le fond. L’ensemble de ces structures peut être situé sur une zone relativement
étendue. On recense les domaines d’ applications suivants:
Figure 2 : exemple du dispositif
instrumental constitu é ici de 3 balises
Distancem ètre Acoustique Précis
formant une base et d ’un système de 4
bou ées GPS IntelligentBuoys (GIB)
pour le rattachement du point
géodésique sous-marin à une station
géodésique de référence en surface.
•Le monde de la géophysique pétrolière et celui de la géotechnique offshore sont confront és
au problè me de positionnement précis et de gé odé sie sous-marine pour :
- Etudier les destabilisations de pentes sous-marines dans les zones de forages pétroliers
offshores,
- Surveiller la subsidence des réservoirs pétroliers en exploitation,
De tels risques peuvent entraîner des ruptures des infrastructures d’exploitations (pipelines,
affaissement de plate-forme, obstruction de puits…) puis induire une pollution maritime.
Les Résultats attendus
•Le monde de l’archéologie sous-marine et de la recherche d’é pave cherche à re- localiser par
moyenne et grande profondeur des sites et à en faire des cartographies précises.
Ce projet de positionnement en mode statique permettra :
•Les exploitations portuaires et côtières cherchent é galement à re-localiser pr écisément sous
l’eau des sites détectés par sonar depuis la surface (épave, bombes perdues et mines sousmarines datant de la dernière guerre, objets à l’entrée des ports).
•Les organismes de mesures hydrographiques cherchent à faire des mesures géo désiques et
cartographiques précises par moyenne et grande profondeur comme par exemple:
- Densifier les points de calages des cartes bathym étriques lev ées par les satellites
d’observations en utilisant des points immergés sur les zones pauvres en terres émerg ées.
- Acquérir par ce type de mesures des compl éments d’informations en aide à l’ interprétation des
données d’altimétrie des satellites d’ observation.
- Contraindre la modélisation hydrodynamique des dunes par du positionnement gé od ésique
sous-marin.
•La surveillance des ouvrages d’art ( Barrage hydro électrique, structures sous- marine d’un
édifice telles que celles d’ un aéroport construit sur la mer,…).
•La Tectonique des plaques et l’étude des déformations associ ées aux failles actives situé es en
mer. Ces déformations sont souvent la causes de séismes catastrophiques (exemple: mer de
Marmara, subduction du pacifique sous le Japon et sous les continents d’Am ériques, …).
•Les glissements de flanc de volcans sont des phé nomè nes courants dans la construction
volcanique (Krakatau, Hawaï…) et peuvent être extrêmement catastrophiques par les fortes
éruptions ou les tsunamis qu'ils gé nèrent.
•La géodésie globale : Amélioration des systèmes de référence et observation des mouvements
verticaux liés à l ’étude du niveau moyen des mers.
1 A.C.S.A.
Architecture et Conception de Systèmes
Avancés
9 Europarc Sainte Victoire
13590 Meyreuil
ØValider deux nouveaux instruments adapt és à la pr écision recherché e dans les limites liées
à la physique et à la connaissance du milieu.
Figure 1 : Exemple de disposition d ’un réseau g éodésique sous-marin rattach é àun réseau terrestre.
ØAméliorer les méthodes concernant les problèmes de propagation d’onde acoustique en
gén éral.
Il aboutira sur des produits répartis en 3 lots :
Le partenariat
ØLot 1 : Équipements de mesures au fond (balises de Distancemètrie Acoustique Précise),
Le projet « GEODESEA » est mont é autour d’un partenariat entre
des groupes industriels exploitants de la mesure:
TOTALFINAELF, Électricité de France (EDF),
des PME op érateurs de mesures:
GEOID,
des PME équipementiers:
ACSA, ORCA–Instrumentation,
des laboratoires de recherche scientifique :
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP),
Institut Géographique National (IGN),
dont les besoins et les int érêts en matière de métrologie se rejoignent.
ØLot 2 : Équipements de rattachement de surface ( dispositif de boué es GIB_ Géodésiques),
ØLot 3 : Environnement int é grant les logiciels de post-traitement et de gestion de donn ées.
La Valorisation
ü Une exploitation pétrolière Offshore en Mer du Nord de TOTALFINAELF
ü Un barrage hydro électrique en lac intérieur de Électricit é De France.
« GEODESEA » vise aussi à renforcer l’avance technologique et commerciale franç aise, en amé liorant
la précision des instruments développ és par les entreprises partenaires du projet, en les pré parant à
l’arrivée de GALILEO et en suscitant l’ émergence de nouvelles applications par l’intermédiaire des
validations sur les sites pilotes du projet.
2 Électricité de France
Centre d’ingénierie Hydraulique
Département Génie Civil
18 avenue Raymond Poincaré B.P.422
19311 Brive
3 Institut Géographique National
Service de Géodésie et Nivellement
Laboratoire de Recherche en Géodésie
2 avenue Pasteur
94165 Saint Mandé cedex
4 Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP)
Département de Géophysique Spatiale et Planétaire
Laboratoire de Gravimétrie et Géodynamique
4 place Jussieu
75252 Paris Cedex
(phase d’expérimentation sur sites)
Afin de valider en situation réelle les lots de ce nouveau système de mesures précises de
positionnement sous l’ eau, on choisira 2 sites pilotes représentatifs du marché pour cette phase
d’expérimentation.
5 GEOID
3, rue Jean Monnet 34830
Clapiers
Les résultats de cette phase d’ exp érimentation feront l’objet de documents et de publications dans
des revues spécialisé es (scientifiques et industrielles). Les partenaires du projet feront la
promotion de ce système dans leur milieu respectif (colloques, expositions, démonstration,...).
6
ORCA –Instrumentation
5, rue Pierre Rivoalon
ZI du vernis
29200 Brest
7 TOTALFINAELF
DGEP/TDO/GEO
2 place Coupole - La Défense 6
92078 Paris la Défense Cedex