Géologie du géoïde

Géoïde, modèle de la figure de la Terre - c'est-à-dire de la taille et de la forme de la planète - qui coïncide avec le niveau moyen de la mer au-dessus des océans et continue dans les zones continentales comme une surface imaginaire au niveau de la mer définie par le niveau à bulle. Il sert de surface de référence à partir de laquelle les hauteurs topographiques et les profondeurs océaniques sont mesurées. La discipline scientifique concernée par la figure précise de la Terre et sa détermination et sa signification est connue sous le nom de géodésie.

Le géoïde est partout perpendiculaire à l'attraction de la gravité et se rapproche de la forme d'un sphéroïde oblate régulier (c'est-à-dire une sphère aplatie). Elle est cependant irrégulière en raison des concentrations locales de masse enterrée (écarts par rapport à l'homogénéité latérale en profondeur) et en raison des différences d'altitude entre les continents et les fonds marins. Mathématiquement parlant, le géoïde est une surface équipotentielle; c'est-à-dire qu'elle est caractérisée par le fait que sur toute son étendue la fonction potentielle est constante. Cette fonction potentielle décrit les effets combinés de l'attraction gravitationnelle de la masse terrestre et de la répulsion centrifuge provoquée par la rotation de la Terre autour de son axe.

En raison des distributions de masse irrégulières sur Terre et des anomalies de gravité qui en résultent, le géoïde n'est pas une simple surface mathématique. Par conséquent, ce n'est pas une surface de référence appropriée pour une figure géométrique de la Terre. Comme figures de référence de la Terre, mais pas pour sa topographie, des formes géométriques simples sont utilisées qui se rapprochent du géoïde. À de nombreuses fins, une représentation géométrique adéquate de la Terre est une sphère, pour laquelle seul le rayon de la sphère doit être indiqué. Lorsqu'un chiffre de référence plus précis est requis, un ellipsoïde de révolution est utilisé comme représentation de la forme et de la taille de la Terre. Il s'agit d'une surface générée par rotation d'une ellipse à 360 ° autour de son petit axe. Un ellipsoïde utilisé dans les calculs géodésiques pour représenter la Terre est appelé ellipsoïde de référence. Cet ellipsoïde de révolution est la forme la plus utilisée pour représenter une simple surface de référence géométrique.

Un ellipsoïde de révolution est spécifié par deux paramètres: un axe semi-majeur (rayon équatorial pour la Terre) et un axe semi-mineur (rayon polaire), ou l'aplatissement. L'aplatissement (f) est défini comme la différence de magnitude entre l'axe semi-majeur (a) et l'axe semi-mineur (b) divisé par l'axe semi-majeur, ou f = (a - b) / a. Pour la Terre, l'axe semi-majeur et l'axe semi-mineur diffèrent d'environ 21 kilomètres (13 miles), et l'aplatissement est d'environ une partie sur 300. Les écarts du géoïde par rapport à l'ellipsoïde de révolution le mieux adapté sont d'environ ± 100 mètres (330 pieds); la différence entre les deux demi-axes de l'ellipse équatoriale dans le cas d'une ellipsoïde triaxiale convenant à la Terre n'est que d'environ 80 mètres.

Cet article passe en revue le développement de représentations géométriques simples de la Terre, à commencer par les anciens Grecs. Il examine ensuite le concept du géoïde et les façons dont le suivi des satellites artificiels et la cartographie par satellite de la surface de l'océan ont aidé à l'évaluation géodésique de la forme et du champ de gravité de la Terre. Il conclut en montrant comment ce travail a abouti à des valeurs plus raffinées pour le rayon, la masse et la densité de la Terre.