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La station permanente GPS de Brest

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Présentation

Vue du jardin de l'amirauté
Vue du jardin de l'amirauté

La station permanente GPS de Brest est opérationnelle depuis le 1er novembre 1998. Elle fut installée pendant la phase expérimentale du projet RGP de l'IGN, le plus proche possible du marégraphe, sur la Pointe de la Rose, dans la Préfecture Maritime. Elle est gérée par l'IGN (Centre Opérationnel du RGP, Service de Géodésie et de Nivellement).

Le choix de l'emplacement est motivé par le marégraphe, plus précisément par la série temporelle historique d'observations du niveau de la mer. En effet, les séries temporelles de marégraphie entreprises en France le siècle dernier, d'une part à Brest, depuis 1807, et d'autre part à Marseille, depuis 1885, présentent un intérêt majeur particulièrement sensible aujourd'hui.

Mât et antenne GPS
Mât et antenne GPS

Ces séries sont parmi les plus longues du monde ; elles conduisent à des estimations les plus sûres de l'évolution séculaire du niveau de la mer dans ces régions, de l'ordre de 15 cm depuis un siècle (Voir aussi article dans Lettre du SHOM n°13).

Soucieux de préserver ce patrimoine historique irremplaçable et de poursuivre l'effort entrepris, le SHOM et l'IGN ont uni leurs moyens et leurs compétences pour mettre à niveau la qualité de ces deux stations suivant des recommandations de la communauté scientifique. L'objectif premier de la station GPS de Brest est donc scientifique.

Il s'agit de surveiller les mouvements verticaux qui affectent le support du marégraphe de façon à les distinguer des variations à long terme du niveau de la mer et, par suite, permettre une estimation plus juste de l'évolution à long terme du niveau des mers. A ce titre, la station de Brest contribue au réseau mondial de marégraphes GLOSS.

 


Données

Antenne GPS Trimble TRM57971
Antenne GPS Trimble TRM57971

La station GPS de Brest est constituée d'un récepteur bi-fréquence de type géodésique, TRIMBLE NetR9, et d'une antenne Trimble TRM57971.

Le récepteur est configuré suivant les standards du Service International GPS pour les applications géodésiques et géodynamiques de grande précision. La station appartient également au réseau RGP qui constitue une réalisation moderne du réseau géodésique français.

L'objectif principal du RGP est de permettre la meilleure exploitation possible des mesures GPS pour les applications pratiques des géodésiens, géomètres et topographes. Cela concerne en particulier les applications du GPS cinématique (levés topographiques...).

Aussi, avons-nous fait évoluer récemment sa configuration de façon à satisfaire les nouvelles contraintes du RGP sans pour autant compromettre l'application scientifique pour laquelle elle a été installée.

 

Récepteur Trimble NetR9
Récepteur Trimble NetR9

Le récepteur enregistre les signaux GPS - orbites radiodiffusées et observations de codes et de phase sur les fréquences L1 et L2 - avec une cadence élevée de la seconde.

L'ensemble des observations est collecté de manière automatique depuis le site RGP. Trois types de fichiers d'observations sont alors créés toutes les heures : des fichiers d'orbites GPS, des fichiers d'observations GPS, et des fichiers météo. Ils sont disponibles moins de un quart d'heure après la dernière observation de l'heure (HH:59:59).

Les fichiers journaliers à 30 secondes sont désormais fabriqués à partir des fichiers horaires, par concaténation et sous-échantillonnage. La procédure est automatique et se lance tous les jours peu après la collecte du dernier fichier horaire de la journée précedente (Temps Universel dans tous les cas).

Où récupérer les données ?


Tous les fichiers sont convertis au format d'échange standard RINEX et suivent les règles de désignation internationales adoptées dans l'IGS. Ils sont compressés et disponibles sur les serveurs du réseau RGP et du réseau européen EUREF.


Exploitations

  •  Sauvegarde régionale et mise en référence RGF93


La station permanente GPS de Brest a fait l'objet d'une mise en référence dans le système RGF93 fin mars / début avril 1999 par une équipe de l'IGN. Le rapport IGN/SGN CR/G 96 (SGN n°27950) relate les opérations et les résultats obtenus. Ainsi, les coordonnées de la station permanente de Brest dans le système RGF93 sont :

cartésiennes

     

géographiques

  • X= 4 231 162,804 m
  • Y = -332 746,927 m
  • Z = 4 745 130,716 m
  • lat = 48°22'49,76663'' N
  • long = 004°29'47,75170'' W
  • H = 65,837 m

 

 

  •  Autres rattachements géodésiques


L'objet de la station permanente GPS de Brest est, nous l'avons vu, la surveillance des mouvements verticaux du support du marégraphe dans un système de référence terrestre mondial. L'antenne GPS se trouve cependant éloignée du marégraphe de quelques centaines de mètres, en raison des contraintes techniques GPS (masques de visibilité, multitrajets). A priori, le socle semble le même, c'était une des contraintes scientifiques du choix de l'emplacement de l'antenne.

Mais encore faut-il s'assurer de l'hypothèse de stabilité du mouvement relatif entre marégraphe et GPS. Un premier rattachement en nivellement géométrique de précision a été réalisé par l'IGN en mars 1999 (rapport IGN/SGN CR/G 99). Il convient à présent de répéter cette opération annuellement sur les 4-5 prochaines années. Le GHA (Groupe Hydrographique de l'Atlantique) devrait les assurer.

  • Séries temporelles


Les observations GPS de Brest sont collectées, puis traitées en routine dans le réseau RGP et dans le réseau européen EUREF. Dans ce dernier, trois centres d'analyse traitent les mesures de Brest, dont l'IGN bien sûr. Les solutions hebdomadaires produites par ces centres sont ensuite combinées. Les rapports de combinaison montrent des résidus de l'ordre de 1 à 2 mm sur les composantes horizontales et de 4 à 5 mm sur la composante verticale pour Brest.

Des séries chronologiques de solutions hebdomadaires GPS sont ainsi produites par le RGP et par EUREF. La série EUREF de Brest montre une variabilité de l'ordre du centimètre après réduction dans le système de référence européen. La série RGP de Brest semble en revanche plus sujette à des artéfacts de calcul.

Les stratégies de collecte et de calcul qui sont appliquées dans le RGP et dans EUREF reposent sur celles de l'IGS, largement orientées par les applications phares de production d'orbites précises des satellites et de maintenance d'un réseau de référence. S'il convient de s'inspirer des mécanismes de l'IGS, il semble toutefois indispensable de les adapter aux besoins spécifiques de l'application de surveillance géodésique des marégraphes. L'objet est de fournir un signal géodésique aussi pur que possible pour permettre une exploitation et une interprétation géophysiques correctes.

  •  Surcharge océanique


Le signal de Brest sur la composante verticale est manifestement singulier. Cela ressemble à un effet de marée. Les résultats préliminaires de l'analyse harmonique confirmeraient cette hypothèse. D'autant qu'il convient de se rappeler que la surcharge océanique n'est pas corrigée dans les calculs du RGP ou de EUREF. Cette correction est controversée. Un effet de marée subsisterait donc dans les solutions journalières et hebdomadaires. Mais il semble que le signal soit plus complexe encore. La cellule géophysique du SHOM participe à des expériences pour mieux comprendre ce signal. Elles mettent notamment à profit le gravimètre absolu de la communauté scientifique nationale.

  •  Autres


Des nouvelles applications devraient a priori se développer avec la nouvelle configuration de la station permanente GPS de Brest, notamment des applications pratiques du mode GPS cinématique.

 

Quelques adresses   

 

 

 

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