GRAVIMÉTRIE

La gravimétrie a pour objet la mesure de l'intensité de la pesanteur en un point donné, et elle exploite les résultats de cette mesure, effectuée en un grand nombre de stations. L'intensité de la pesanteur étant directement liée à l'attraction subie par l'instrument de la part des différentes parties du globe terrestre, compte tenu de la force centrifuge due à la rotation, la gravimétrie apporte une information sur la répartition des masses internes. Toutefois, elle ne permet pas de la déterminer complètement.

L'exploitation des mesures conduit à deux types de résultats : dans le cas d'une région restreinte, la gravimétrie est une méthode de prospection qui peut fournir des informations sur les structures géologiques ; elle participe ainsi, indirectement, à la recherche de pétrole et, directement, à la découverte de minerais denses ou, au contraire, de cavités ; à l'échelle de la planète, ou de vastes régions, la gravimétrie est une des disciplines de la géodésie, qui se propose de déterminer la forme d'ensemble du globe terrestre.

Définitions

La pesanteur, force qui s'exerce, suivant la verticale, sur l'unité de masse, est le gradient d'une fonction scalaire F, le potentiel de la pesanteur, qui vérifie – dans le vide – l' équation de Laplace :

Parmi les surfaces équipotentielles (qui sont horizontales par définition), celle qui coïncide avec le niveau moyen des mers est appelée «  géoïde » ; c'est la surface de référence à laquelle sont rapportées toutes les mesures topographiques. La détermination de la forme exacte du géoïde est l'objet essentiel de la géodésie, mais l'étude du géoïde ne peut être séparée de celle du champ de pesanteur dans son ensemble.

La pesanteur que nous observons est la résultante de la gravité –  effet de l'attraction newtonienne exercée par toutes les parties de la Terre – et de la force centrifuge due à la rotation de la planète. L'effet des autres astres (Lune, Soleil), dont l'attraction globale détermine le mouvement du centre de masse de la Terre, se réduit, aux différents points de la surface, à un effet différentiel périodique, la marée (ou plutôt, la force génératrice de la marée). Tant la force centrifuge que cet effet différentiel sont calculables avec précision. Le seul point délicat est que, sous l'action de la force de marée, la Terre se déforme, ce qui modifie son attraction propre, en intensité comme en direction. L'étude de ces variations, appelées « marées gravimétriques », est très délicate, car leur amplitude n'est que de l'ordre du dix millionième de l'intensité de la pesanteur ; cette étude apporte une information sur l'élasticité du globe terrestre. Ces marées gravimétriques entraînent une légère incertitude dans le calcul des corrections dites de marée qu'il convient d'apporter aux mesures de la pesanteur (le coefficient multiplicateur, par rapport à l'effet théorique pour un globe rigide, est compris entre 1,1 et 1,2).

Le mouvement des satellites artificiels obéit au seul effet de la gravité, et l'observation de leurs trajectoires, aujourd'hui menée avec une très grande précision, apporte sur la forme d'ensemble du champ de gravité des informations essentielles. Les trois voies inséparables pour accéder à une connaissance globale du champ de la pesanteur, dont la forme du géoïde n'est qu'un aspect, sont :

– la mesure, par triangulations et trilatérations, des distances entre des stations où les coordonnées astronomiques (latitude, longitude et azimut d'une direction) sont connues, c'est-à-dire la géodésie stricto sensu ;

– l'étude des trajectoires des satellites ;

– la gravimétrie.

Mesurant une dérivée,[...]