Africa-Press – Comores. Comment fait-on pour connaître l’altitude des différents lieux sur Terre ?” C’est la question qu’a posée par courrier un de nos abonnés, M. Aurambault. C’est notre question de lecteur de la semaine. Merci à toutes et tous pour vos contributions.
Qu’est-ce que l’altitude ?
Commençons par une définition: l’altitude est définie comme l’élévation verticale avec le niveau de la mer, ou plus précisément le géoïde. Le géoïde est une surface pour laquelle l’attraction gravitationnelle de la Terre est la même en chacun de ses points. Ce géoïde peut sembler compliquer à déterminer, mais dans les faits, si l’on retire la houle et autres fluctuations, cette surface correspond au niveau moyen de la mer.
Représentation du géoïde. Sur ce schéma, les déformations sont exagérées (les écarts à la sphère étant inférieurs de l’ordre de la centaine de mètres). Crédits: International Centre for Global Earth Models (ICGEM),via Wikimedia Commons
L’altitude sous pression
Nous vivons dans une atmosphère, la colonne d’air au-dessus de nos têtes pèse sur nos corps avec une pression d’environ 1000 hectopascal (hPa), soit l’équivalent d’une masse de 1 kg sur chaque centimètre carré. Par chance, cette pression s’exerce dans toutes les directions et s’équilibre. Cependant, cette valeur est celle à l’altitude zéro.
Plus on s’élève dans l’atmosphère, moins il y a d’air au-dessus de nous et donc la pression diminue. C’est grâce à ce constat que l’on peut utiliser des mesures de pression pour déterminer l’altitude d’un lieu. Pour une diminution de 1 hPa, l’élévation sera d’environ 8 mètres. Ce rapport n’est vrai qu’à de faibles altitudes: pour des variations plus grandes, les chercheurs utilisent des formules prenant en compte que la variation de pression n’est pas fixe en fonction de l’altitude.
Cette méthode est celle utilisée dans les tableaux de bord des avions. Il faut aussi noter que la pression ambiante est soumise à des fluctuations météorologiques. Ces fluctuations sont donc prises en compte pour les mesures sur des lieux fixes en prenant plusieurs mesures, les fluctuations disparaissant par effet de moyenne. Pour l’aviation, ces fluctuations sont corrigées à l’aide d’autres outils comme un télémètre laser ou le GPS lors des phases d’atterrissages ou de décollages.
Des mesures depuis l’espace
Depuis la fin des années 1990, les scientifiques utilisent des données topographiques (de reliefs) obtenues à l’aide de satellites. Leurs équipements se basent sur la télémétrie radar et la télémétrie laser. Ces deux méthodes ont le même fonctionnement, à la différence près des fréquences utilisées: le radar utilise des fréquences dans le domaine des ondes radios à hautes fréquences (environ 4 GHz), là où les altimètres lasers utilisent des fréquences de quelques kilohertz (soit un facteur 1000 entre les deux gammes de fréquences).
Pour obtenir une mesure d’altitude, les équipements envoient une pulsation laser ou radio vers la surface. Cette pulsation “rebondit” sur la surface de la Terre pour ensuite revenir au satellite. Le temps que prend le signal pour effectuer l’aller-retour permet de déterminer la distance entre le sol et le satellite. Ainsi, il est possible de cartographier le relief le long du trajet du satellite.
Cette méthode est également utilisée pour cartographier le relief d’autres planètes comme Mars avec le satellite Mars Global Surveyor, en fonctionnement de 1997 à 2006. Ces satellites permettent aussi de déterminer le niveau de la mer autour du globe et ainsi d’étudier la distribution de la gravité autour de notre planète.
Petite histoire de l’altimétrie
Le principe physique et les équations permettant la conception des altimètres barométriques sont connus depuis la fin du 18e siècle. En 1772, l’astronome et ministre écossais Alexander Bryce théorise la calibration de baromètres permettant la détermination de l’altitude à partir de mesure de pression. Il faudra attendre 1928 pour que le principe soit affiné par Paul Kollsman et ainsi équiper les avions avec ces appareils de mesure. Pour l’altimétrie radar et laser par satellite, il faudra attendre de pouvoir mettre en orbite des engins spatiaux. Le premier satellite en orbite dans l’espace sera Spoutnik 1 en 1957. Les premières mesures altimétriques seront faites par Seasat en 1978. S’ensuivra une myriade de missions spatiales dédiées à l’altimétrie, principalement océanographique.
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