ACCÉLÉROMÈTRES SPATIAUX

Le 17 mars 2009, un lanceur germano-russe Rockot décolle du cosmodrome de Plesetsk, dans le nord de la Russie, non loin du cercle polaire, et injecte sur une orbite terrestre très basse Goce, premier des satellites Earth Explorer du programme Living Planet de l'Agence spatiale européenne (E.S.A.). Ce programme scientifique d'observation de la Terre est particulièrement fourni : développées dans les laboratoires et chez les industriels européens, ses missions concernent l'atmosphère, ses vents, ses masses nuageuses, la biosphère, l'hydrosphère, la cryosphère, les phénomènes internes et, bien entendu, le climat et son évolution, avec toujours en arrière-pensée les interactions entre l'homme et sa planète.

La mission Goce

Goce est l'acronyme de Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, que l'on pourrait traduire par « Explorateur du champ de gravité et de la circulation océanique ». Ce satellite, d'une masse de 1 050 kilogrammes au lancement, est remarquable à bien des égards. Sa forme, tout d'abord, est presque aérodynamique : sa longueur, supérieure à 5 mètres, semble disproportionnée par rapport à sa section efficace, d'à peine 1,1 mètre carré. Ses deux panneaux solaires et ses deux empennages arrière ont été conçus pour stabiliser naturellement son attitude grâce aux couples aérodynamiques qu'ils engendrent. En effet, au-dessous de 600 kilomètres d'altitude environ – celle-ci dépend de l'activité solaire et du rapport section efficace sur masse du satellite –, la traînée aérodynamique devient prépondérante par rapport aux forces de pression de radiation que les satellites subissent. À 270 kilomètres d'altitude, cette traînée peut atteindre des niveaux plus de cent fois supérieurs et il est essentiel de préserver la vitesse du satellite par l'action continue de deux propulseurs ioniques placés à l'arrière, pour éviter qu'il chute rapidement et ne termine sa vie trop tôt, en se consumant dans les basses couches de l'atmosphère. Goce a en effet été placé sur une orbite très basse, à une altitude de 270 kilomètres, quasi polaire – elle est inclinée de 96,7⁰ par rapport au plan de l'équateur – et héliosynchrone, c'est-à-dire dont le plan conserve en permanence la même orientation par rapport à la direction Terre-Soleil.

Pourquoi cette orbite est-elle si basse ? L'objectif scientifique de la mission Goce consiste à déterminer de façon très précise les anomalies du champ de gravité terrestre. En un point donné, la pesanteur est la résultante de l'attraction gravitationnelle suivant la loi de Newton et de l'accélération centrifuge induite par la rotation journalière de la Terre autour de l'axe des pôles, accélération qui est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation et qui varie en fonction de la latitude. La pesanteur dépend donc de la forme de la Terre et des structures internes qui la caractérisent : structures géophysiques, densités océaniques – donc courants marins et salinités –, bassins hydrologiques qui emplissent ou non les roches, calottes glacières...

En géodésie et en géophysique, l'habitude est demeurée d'exprimer l'accélération due à la pesanteur par une unité spéciale du système C.G.S., le gal (symbole : Gal ; 1 Gal = 10^–2 ms^–2 = 1 cms^–2), ainsi nommé en l'honneur de Galilée, qui caractérisa le premier le mouvement accéléré des corps soumis à la pesanteur et en déduisit l'universalité de la loi sur la chute des corps, indépendante de leur constitution ; il découvrit également l'isochronisme des pendules (la durée d'une oscillation ne dépend que de la longueur du pendule et non pas de l'amplitude du mouvement). Newton exploitera la relation simple entre la période d'un pendule et la gravité pour en faire[...]