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Le GPS : pour ne pas mesurer à côté de la plaque… tectonique
Aujourd'hui, le GPS1, c'est-à-dire le positionnement par satellite, est un instrument largement utilisé pour la mesure de la déformation de l'écorce terrestre. Sa grande précision, son coût réduit et sa facilité de mise en œuvre en font un merveilleux outil ouvrant la voie à de nombreuses applications. Christophe Vigny, chercheur au Laboratoire de géologie de l'ENS (Département Terre-Atmosphère-Océan), nous en explique le principe.
L'écorce terrestre n'est pas homogène mais est constituée de plaques, ou blocs tectoniques, qui « flottent » à la surface et qui dérivent en se « frottant » les unes contre les autres. Ces blocs ont un déplacement régulier (jusqu'à 10 cm/an) et très stable sur des centaines de milliers d'années. Afin de déceler ces déplacements sans avoir à attendre des siècles, il est nécessaire de mesurer des positions au centimètre, voire au millimètre.
© D. R.
Récepteur GPS dans le rift d'Asal (2001).
Aujourd'hui que l'on parvient à mieux maîtriser les différents facteurs qui limitent son efficacité - réfraction dans l'ionosphère, dans la troposphère, phénomène de multi-trajets… -, le GPS offre une telle précision. Le principe est simple. « Un point est matérialisé par un repère géodésique, en général une broche métallique enfoncée dans un affleurement rocheux solidement lié au substratum, indique Christophe Vigny. L'antenne GPS est placée exactement à la verticale du centre du repère, à une hauteur déterminée. La mesure GPS de la position de l'antenne fournit alors la position du repère. Il suffit de mesurer à nouveau cette position quelque temps après pour détecter un déplacement et en déduire une vitesse. »
La déformation dans une zone considérée est ainsi donnée par la mesure des déplacements d'un certain nombre de points répartis sur cette zone. « Des mesures en continu servent à établir des séries temporelles qui nous ont permis de mettre en évidence des phénomènes variables dans le temps à l'échelle de quelques années, voire quelques jours, dans des contextes tectoniques où l'on parlait plutôt en termes de millions d'années auparavant », résume le chercheur.
© D. R.
Récepteur GPS sur le point de Santigi sur la péninsule Minahassa, au Nord des Célèbes (2001).
Depuis une dizaine d'années que la technique des mesures par GPS est pleinement opérationnelle, les applications sont de plus en plus nombreuses et les résultats très prometteurs. Un grand nombre de structures actives sont ainsi surveillées, comme les volcans en activité, dont on mesure les déformations du cône dues à la montée de la lave, ou encore les failles actives, qui semblent être soumises à des déformations de manière épisodique - peut-être en lien avec le déclenchement des séismes. « L'impact de ces mesures sur notre connaissance précise de la déformation de l'écorce terrestre est énorme. Nous ne sommes qu'au début d'une nouvelle ère de recherches qui pourrait déboucher sur une nouvelle compréhension de la genèse des séismes. » Et pourquoi pas, à terme, sur leur prédiction.
Voir dans ce numéro : « Le séisme de décembre 2004 passé au crible grâce au GPS ».
Christophe Vigny
Laboratoire de géologie de l'ENS
CNRS-ENS Paris
Tél. : +33 (0)1 44 32 22 14
Mél : vigny@geologie.ens.fr
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