Le rift s'ouvre

- GPS: C'est quoi?
- GPS: Quelle précision?
- GPS: Quel traitement?
- GPS: Quels résultats?

LE RIFT S'OUVRE

- GPS : C'EST QUOI ?

Le GPS (Global Positioning System) est un système de géodésie spatiale basé sur une constellation de satellites spécifiques, permettant le positionnement en 3 dimensions (latitude, longitude, altitude) ainsi que la mesure du temps. Il a été mis en place par les services de la Défense aux États-Unis au cours des années 80. Il est entièrement opérationnel depuis la fin de l'année 1993, avec 24 satellites assurant une couverture complète du globe 24h/24. Ces satellites, dont les trajectoires sont connues avec une précision de quelques centimètres, émettent en continu un signal radio sur deux fréquences (1.2 Ghz et 1.5 Ghz). Les récepteurs GPS sont capables de décoder ce signal pour déterminer la distance qui les séparent de chacun des satellites qu'ils peuvent "écouter". En utilisant trois satellites enregistrés simultanément, un récepteur dispose donc de trois données qui lui permet de résoudre les trois inconnues définissant sa position : latitude, longitude et altitude. Une quatrième inconnue est le décalage de temps entre les horloges des satellites et des récepteurs. En toute rigueur, il faut donc au moins quatre satellites pour se positionner par GPS.
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- GPS : QUELLE PRÉCISION ?

Les distances entre le satellite et le récepteur peuvent être déterminées à partir de l'identification de codes dont on connaît le temps d'émission et de réception. Ils sont émis de manière répétitive par les satellites. C'est le mode de positionnement le plus simple, mais en fonction des dégradations volontairement provoquées de ce signal, sa précision actuelle est limitée à 10 m en temps réel et à un peu moins d'un mètre après traitement (donc en temps différé). Cette précision suffit à beaucoup d'applications civiles courantes du GPS (guidage des bateaux, des voitures, etc.). Une seconde manière de calculer des distances satellites-récepteur est de compter le nombre de longueurs d'onde (de "phases") qui se sont propagées entre un satellite et le récepteur. La longueur d'onde des signaux GPS est de l'ordre de 20 cm. Or, comme les récepteurs sont capables de détecter une fraction de longueur d'onde, la précision millimétrique est donc théoriquement possible, mais seulement après traitement. C'est ce type de stratégie qui est utilisée dans les applications géophysiques du GPS.
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- GPS POUR LA GÉOPHYSIQUE : QUEL TRAITEMENT ?

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Pratiquement, la mesure se fait à l'aide d'une antenne GPS (disque métallique) installée au sommet d'un trépied à l'aplomb d'un repère géodésique (petit cylindre métallique) scellé dans le rocher (à peine visible sur cette photo). Cette technique permet le positionnement relatif de sites situés à plusieurs centaines de kilomètres les uns des autres avec une précision de quelques millimètres (voir Partie "Récit d'une mission"). Les données (code et phase) enregistrées par des récepteurs GPS pendant plusieurs jours de suite sur le terrain sont traitées ensuite en laboratoire par des algorithmes complexes qui prennent en compte toutes les sources d'erreurs possibles. Citons en particulier l'influence de l'atmosphère terrestre (en particulier l'ionosphère et la troposphère), dont les constituants ralentissent la propagation du signal GPS par rapport à la vitesse théorique de la lumière, ou celle de la précision avec laquelle sont connues les orbites des satellites GPS. La répétition de ces mesures sur plusieurs années permet ensuite de calculer les déplacements relatifs des sites, c'est-à-dire des plaques (ou blocs) tectoniques auxquelles ils appartiennent : on obtient ainsi des vitesses de déplacement, exprimées en mm/an, avec une précision supérieure à quelques mm/an. Ceci permet alors de réellement quantifier la déformation spatiale subie par la croûte terrestre.

- GPS : QUELS RÉSULTATS ?

..... Depuis 1994, de nombreux sites autour du lac Baïkal et plus au sud, en Mongolie, ont été mesurés plusieurs fois. En calculant l'évolution de la distance entre les sites au cours du temps, on a pu mettre en évidence que les sites à l'est du lac se déplacent vers l'est-sud-est à une vitesse de l'ordre de 5 mm/an. C'est la première fois qu'une mesure directe de ce déplacement a pu être faite. Que nous indique ce résultat? D'abord que les forces responsables de la formation du rift Baïkal agissent plus vite que l'érosion depuis au moins 3,5 Ma, date à laquelle le taux d'extension a atteint sa "vitesse de croisière" actuelle (Partie "histoire géologique"). Cette vitesse relativement rapide explique en effet comment le lac Baïkal a pu rester si profond (-1640m) malgré un comblement sédimentaire important (de 4 à 7 km du nord au sud (Partie "Le rift en profondeur")). Nos mesures GPS prouvent en outre que le rift continue à s'ouvrir dans une direction moyenne conforme à celle indiquée par les glissements sur les grandes failles d'Asie : tout se passe comme si la Mongolie commençait à se déplacer lentement vers l'est par rapport à l'Asie stable. Ensuite, la vitesse GPS trouvée (4 à 5 mm/an ) dans cette partie sud du rift Baïkal apporte aussi un élément cinématique nouveau, en fait assez surprenant : bien que relativement faible, cette vitesse est au moins deux fois supérieure aux prédictions des modèles théoriques de déformation de l'Asie (Partie "Modèles de déformation"). ces mesures démontrent aussi que les déformations extensives sont essentiellement localisées le long des failles (Partie "Le rift en surface") de grande taille (jusqu'à 200 km de long et 30 km de profondeur) bordant le lac Baïkal, qui délimitent des bassins basculés en demi-grabens (Partie "Le rift en surface") et sont soulignées par des dizaines de milliers de petits séismes (Partie "Le rift tremble"). nous ferons le lien entre mesures GPS, séismes et failles en surface dans ces chapitres.

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