GÉODÉSIE

Champ de gravité et structure profonde de la Terre

On sait depuis longtemps que la Terre est aplatie aux pôles, ou, ce qui est équivalent, renflée à l'équateur. Cet aplatissement résulte pour l'essentiel de sa rotation sur elle-même. En effet, à l'échelle des temps géologiques, la Terre se comporte comme un fluide qui s'aplatit à cause de la force centrifuge due à sa rotation. La différence entre le rayon polaire et le rayon équatorial est de l'ordre de 21 kilomètres. Cependant, les mesures du champ de gravité réalisées par les satellites géodésiques ont montré que la Terre est plus aplatie que prévu.

Le géoïde est aussi constitué de creux et de bosses dont l'amplitude (relativement à un ellipsoïde de même masse, même aplatissement et même rotation que la Terre réelle) atteint environ 100 mètres (sur des distances de quelques milliers de kilomètres). Au niveau de l'équateur terrestre, on peut observer deux grandes bosses diamétralement opposées. On sait maintenant que les ondulations du géoïde à très grandes longueurs d'onde sont dues au phénomène de convection à grande échelle qui anime le manteau terrestre. On a remarqué en particulier que la position des grandes bosses et des creux du géoïde est parfaitement corrélée avec celle des zones chaudes et froides du manteau inférieur. Ces dernières sont associées aux courants ascendants et descendants de la convection mantellique à grande échelle. Les modèles de circulation de matière dans le manteau ont permis, ces dernières années, de déterminer les variations, en fonction de la profondeur, de la viscosité de ses roches par l'utilisation conjointe des observations du géoïde et des anomalies de vitesses des ondes sismiques qui se prolongent à l'intérieur du globe terrestre.

Champ de gravité à haute résolution, topographie des fonds marins et structures tectoniques

Les cartes à haute résolution du géoïde au-dessus des océans réalisées par altimétrie radar ont révélé la grande complexité des fonds marins. Aux échelles spatiales considérées (≤ 500 km), les anomalies du géoïde résultent principalement des reliefs sous-marins et de la compensation isostatique associée, phénomène permettant d'assurer en profondeur un état d'équilibre de type hydrostatique. Les reliefs sous-marins, quant à eux, sont en majorité produits par le phénomène de tectonique des plaques. Ils sont principalement associés aux frontières des plaques tectoniques : les dorsales océaniques, les failles transformantes qui décalent et hachent les dorsales et leur signature fossile, les zones de fractures et, enfin, les zones de subduction. Certains reliefs correspondent à des structures fossiles, témoins d'une activité tectonique aujourd'hui éteinte. Le plancher sous-marin est aussi parsemé d'une multitude de volcans immergés dont la plupart sont inactifs. Certains sont distribués le long d'alignements remarquables, telle la chaîne des volcans d'Hawaii, dont une des extrémités coïncide avec un volcan en activité. Il s'agit alors de la trace laissée par les points chauds. Ceux-ci résultent de l'arrivée en surface de panaches de matière en fusion qui remonte des profondeurs du manteau.

Grâce aux cartes à haute résolution du géoïde marin, on a pu préciser le détail des frontières des plaques, mettre au jour la structure complexe des dorsales océaniques, découvrir quantité de monts sous-marins jamais cartographiés auparavant, et même déceler de nouvelles structures sous-marines comme les linéations à courtes longueurs d'onde (environ 200 km), dont l'origine est encore incertaine dans le Pacifique central.

À partir des mesures du géoïde, on peut calculer la topographie des reliefs sous-marins (bathymétrie). Les cartes ainsi obtenues[...]