Discipline scientifique et technique, base fondamentale du positionnement et de la localisationde toute information géographique, la géodésie est un domaine d’expertise dans lequel l’IGNest fortement impliqué : production de produits géodésiques, développements techniques,recherche, enseignement, formation, diffusion d’information, veille technologique…

La géodésie à l’IGN

GÉODÉSIELES SERV ICES IGN

Réseaux spatiaux :Réseau GNSS Permanent

Le RGP est l’un des moyens de réaliser, maintenir etaccéder à la référence géodésique RGF93.A partir de 1998, l’IGN a mis en place un réseau de sta-tions GPS permanentes. Initialement mené avec univer-sités et organismes d’Etat (CNES, CNRS…), il s’estenrichi par la suite grâce aux partenariats de collecti-vités territoriales et de sociétés privées proposant unservice de positionnement en temps réel. Après uneévolution linéaire jusque mi 2007, le nombre de sta-tions croît depuis lors à un rythme beaucoup plusélevé.Les récentes évolutions technologiques ont peu à peutransformé le Réseau GPS Permanent en Réseau GNSSPermanent : les données des constellations russe(Glonass) et européenne (Galileo) complètent cellesde la constellation états-unienne (GPS), pour de nom-breux partenaires. Par exemple, la totalité des stationspropriétés de l’IGN collectent les données de ces troisconstellations. Ces données sont mises à dispositiondes utilisateurs sur des outils de diffusion dès leur vali-dation au sein des deux centres opérationnels de l’IGN.

En calculant en permanence les données collectéespar les stations, l’IGN effectue un contrôle qualité surcelles-ci et sur les coordonnées publiées assurant ainsila fiabilité de l’accès à la référence nationale. En outre,les calculs horaires, journaliers et hebdomadaires réal-isés sur les données du RGP servent au contrôle de sta-bilité des stations à court, moyen et long termes.L’IGN contribue au réseau permanent européen EPN enmettant à disposition, heure par heure, les données dela quasi totalité de ses stations situées sur le territoiremétropolitain.L’une des sources d’erreur limitant la précision desGNSS est liée à la vapeur d’eau contenue dans lacouche basse de l’atmosphère, traversée par lessignaux satellitaires. Les délais de propagation quecette traversée génère sont déterminés par des calculsréalisés à l’IGN et sont ensuite fournis à Météo France,qui en déduit un contenu intégré en vapeur d’eau.Cette valeur de contenu intégré est introduite dans lesmodèles de prédiction et améliore les prévisions deprécipitation.

Les réseaux de référence s’inscrivent dans des dimensionseuropéenne et mondiale. La réalisation du systèmeterrestre international ITRS repose sur la combinaisonde données fournies par quatre techniques de géodésiespatiale : le GNSS, la télémétrie laser, DORIS (détermi-nation d’orbite et radio positionnement intégrés parsatellite) et le VLBI (interférométrie à très longuebase).Résultats de la collaboration internationale, ces tech-niques sont organisées en services qui collectent les ob-servations d’un réseau mondial de stations et diffusentdes produits de localisation de très grande qualité. Cetravail scientifique s’effectue dans le cadre de l’Asso-ciation internationale de géodésie (AIG). L’IGN con-tribue à l’élaboration du repère international etparticipe également aux associations internationales,en particulier EUREF, la sous-commission régionaleeuropéenne de l’AIG.L’IGN est responsable d’un grand nombre d’activitésopérationnelles dans le domaine de la géodésie inter-nationale : centre mondial d’observations et de pro-duits GNSS et DORIS, maintenance et développementdu réseau de stations DORIS, mise en place de l'infra-structure d'observations GNSS du projet REGINA, réali-sation et maintenance du repère de référence du RGP,centre d'analyse GNSS pour la réalisation et la mainte-nance du système de référence européen (ETRS89),coordination du repère de référence du service inter-national GNSS (IGS - http://webigs.ign.fr), maintenance

de la base de données des sites spatiaux géodésiqueset réalisation d’opérations de rattachements entretechniques spatiales co-localisées pour la réalisation durepère de référence terrestre international (ITRS).L’IGN collabore également au service d’observation duniveau des eaux littorales (SONEL) avec le SHOM et lesUMR LIENSs et LEGOS. L’IGN participe en outre activement à des actions denormalisations internationales pour la géodésie tellesque le projet INSPIRE et ses activités relatives au sys-tème DORIS et au projet REGINA sont réalisées dans lecadre de conventions de collaboration avec le CentreNational d'Études Spatiales (CNES).

Réseaux spatiaux internationaux

Géodésie « terrestre»

Le nivellement général de la France (NGF), réseau deréférence verticale, est constitué de plus de 380000repères de nivellement dont l’altitude est déterminéeavec précision.En France métropolitaine, ce réseau est entretenu parune méthode faisant intervenir la notion de «triplet»,groupe d’au moins trois repères de nivellement permet-tant un contrôle de stabilité aisé.13200 triplets sont répartis sur le territoire métropoli-tain. Leur entretien a démarré en 2008. L’objectif del’IGN est de réaliser la réfection totale du réseau en 12ans et de réitérer ce processus à des fins de détectionsde vitesses verticales.Parallèlement à ses travaux sur le NGF, l’IGN réaliseune référence altimétrique à usage scientifique la plusexacte possible, le Nivellement de référence français(NIREF).Conjointement avec d’autres sciences et techniques (lamarégraphie, l’altimétrie par satellite, la gravimétrieabsolue, le positionnement par géodésie spatiale…),le NIREF participe à la recherche sur les systèmes deréférences verticaux et à l’unification des systèmeseuropéens.L’IGN a également en charge le contrôle du bon fonc-tionnement des appareils de mesure du marégraphede Marseille, intégré au réseau mondial d’observatoiresdu niveau des mers (GLOSS).

Nivellement

Le réseau géodésique français (RGF) est constitué deplus de 70000 sites, dont les points, définis par leurscoordonnées tridimensionnelles, sont de plusieurstypes (bornes, clochers…).Les sites RRF et RBF constituent les 1032 principauxsites géodésiques du territoire métropolitain.L’entretien de ces 1032 sites comprend une phase devisite pluriannuelle (l’ensemble du réseau est actuelle-ment visité en cinq ans) qui a pour but d’établir unétat de l’information cohérent avec la réalité duterrain et de mettre à jour la base de donnéesgéodésique.A l’issue de cette première phase, les sites qui ne répon-dent plus aux spécifications du réseau sont identifiés.Une phase de réfection, qui voit la construction denouveaux points, est destinée à remettre le réseau enconformité avec les spécifications.

Gravimétrie

Depuis 2011, l’IGN est chargé de l’établissement et del’entretien du réseau français de référence gravimétri-que. Le terme gravimétrie désigne une méthode demesure et d’étude des variations du champ de pesan-teur.Globalement, l’accélération de pesanteur vaut à peuprès 9.8m/s² à la surface de la Terre, mais cette valeurvarie selon l’endroit, en raison par exemple de l’apla-tissement du globe au pôle ou de la répartitionhétérogène des différentes masses avoisinantes (mon-tagnes, fosses…). Elle varie également de façon tem-porelle en raison des phénomènes de marée, desmouvements dus à la tectonique des plaques ouencore de la fonte des glaciers.Des mesures de gravimétrie sont effectuées sur aumoins un point de chaque site RBF. L’ajout de cettecomposante gravimétrique sur le RBF permet en outred’améliorer le modèle de géoïde IGN.Les déterminations sont faites au moyen de mesuresde gravimétrie absolue, pour une partie des points,et de gravimétrie relative pour le rattachement desautres points.En gravimétrie absolue, l’appareil utilisé actuellementest basé sur le principe de la chute libre dans le vided'un objet (coin de cube en céramique). Il permet demesurer la valeur réelle de l’accélération de la pesan-teur en n’importe quel point.En gravimétrie relative, on détermine des différencesd’accélération entre deux points. Le principe est demesurer l’allongement d’un ressort auquel est sus-pendu un poids soumis à l’influence du champ depesanteur.

Information géodésique

L’IGN assure la documentation, la mise à jour en continuet la diffusion de données et de produits géodésiquessous diverses formes. Il maintient et met à jour la basede données géodésique (BDG) et la dématérialisationde ses 3 kilomètres linéaires et plus de 200 ans d’archi-ves géodésiques.Maintenant régulièrement les informations délivréessur le site geodesie.ign.fr, l’IGN veille à l’actualité desinformations relatives aux 70000 sites géodésiques etaux 380000 repères de nivellement français, diffuséssous forme de fiches signalétiques et accessibles sur lapage geodesie.ign.fr/fiches.La diversité des systèmes géodésiques utilisés en Franceet dans le monde contraint nombre d’utilisateurs dedonnées géographiques à des transformations de coor-données. L’IGN met à disposition des algorithmes decalcul ainsi que les logiciels Circé qui convertissent rapi-dement et facilement les coordonnées de tout pointdu territoire national dans les systèmes usités enFrance.Dans le cadre de ses activités d’informations géodési-ques, l’IGN réalise des prestations spécifiques sur de-mande, telles que des extractions de la BDG, des calculsde distances géodésiques, des calculs GPS ou de miseen référence de réalisations locales.

L’IGN mène les études, développements et maintenan-ces des logiciels liés aux processus de production dansles différents champs de la géodésie : secteur spatial,systèmes de référence, géodésie physique. Tout cecis’inscrit dans le cadre d’une constante évolution scien-tifique et technologique, à laquelle l'IGN participe enpermanence. La conséquence en est une volonté d’au-tonomie en termes de logiciels, afin de dépendre lemoins possible des circuits commerciaux de distributionet de mise à jour. L’IGN développe et maintient également ses logicielsde géodésie liés à la diffusion de ce type de produitspar l’administration des outils de la base de donnéesgéodésique (BDG).Le département Produits-Développements fournit diver-ses prestations de calculs, d’expertise ou de conseil auxautres services de l'IGN ou à des clients externes viades commandes commerciales. Dans ce cadre, l’institutréalise des développements spécifiques et met en placedes processus adaptés aux exigences particulières dechaque client.L’IGN effectue des études prospectives et assure uneveille technologique permanente en géodésie. Il aconduit le projet GNSS-Galileo, dont l’objectif généralétait d’anticiper l’arrivée des nouveaux systèmes GNSS,tant en matière de processus, de développement, d’ac-quisition de matériel et de formation.Le département Produits-Développements travaille enétroite collaboration avec le laboratoire de rechercheen géodésie (LAREG), en particulier dans le domainede la géodésie physique. Le contexte en est le champde gravité de la Terre, indissociable de toute notiond’altitude et de référence verticale. L'IGN effectue desdéterminations locales du quasi-géoïde gravimétriqueet élabore des grilles de conversion entre hauteursellipsoïdales (déterminées par GNSS) et altitudes.

La surveillance métrologique est une activité dérivéedes techniques de géodésie, dont elle emprunte no-tamment les instruments de mesure. L’IGN intervientsur des projets scientifiques, des sites industriels, deschantiers de génie civil... Bénéficiant du savoir-fairedes services de logistique et de recherche, l'offremétrologique de l’IGN s'adapte et s'élargit au fur età mesure des prestations. L’unité peut assurer touttype de suivi sécuritaire ou de mouvements de terrain,contrôles géométriques d'ouvrages d'art, détermina-tions diverses ou géolocalisation en laboratoires etmilieux industriels (orientations gyroscopiques, posi-tionnements, établissement de réseaux de référence).

Produitset développements

Métrologie

Le Laboratoire derecherche en géodésie(LAREG) est l'une deséquipes du Service derecherche en sciences de l’in-formation géographique de laDirection de la recherche et del'enseignement. Créé en 1991, il rassembleaujourd'hui une quinzaine de chercheurs autour desthématiques liées à la définition, la détermination etles usages scientifiques des références géodésiques.Les recherches du LAREG visent à l'amélioration de laqualité des références géodésiques, notamment de laréférence mondiale et des géoïdes régionaux, et del'accès à ces références par GNSS. Elles couvrent les do-maines de la définition et de la réalisation des systèmesde référence, de la modélisation et du traitement desobservations de géodésie spatiale, de la déterminationdu champ de pesanteur terrestre et de ses variations etdu traitement de l'atmosphère en géodésie spatiale.Elles s'appuient sur une démarche interdisciplinaireassociant géodésiens, astronomes et géophysiciens, enpartenariat avec plusieurs unités de recherches, en par-ticulier celles de l'Observatoire de Paris, de l'Institutde Physique du Globe de Paris, de l'Ecole NormaleSupérieure et de l'Institut Pierre-Simon Laplace.Le LAREG est chargé de la détermination du Repère in-ternational de référence terrestre (ITRF), dans le cadredu mandat confié à l'IGN par le Service internationalde la rotation de la Terre et des systèmes de référence(IERS). Il participe aux fonctions de coordination desrepères de référence du Service international GNSS(IGS) assurées par le SGN et contribue au centre d'ana-lyse laser du Service international de télémétrie laser(ILRS) porté par le Groupe de recherche de géodésiespatiale (GRGS) dont il est membre.Le LAREG est une équipe de recherche de l'action Cam-pus spatial de l'Université Paris-Diderot qui l’accueilledans ses locaux (Campus Paris-Rive-Gauche).

Le Département Positionnement Terrestre et Spatial(DPTS) organise les cours de géodésie, géodésie spa-tiale, géophysique, topométrie, dessin assisté par ordi-nateur, métrologie et mathématique au sein de l’EcoleNationale des Sciences Géographiques. Ils sont dispensésen formation initiale dans les cycles de BTS géomètreet d’ingénieur, en licence Pro et en troisième cycle :mastères photogrammétrie positionnement et mesuresde déformation (PPMD), M2IG et Carthagéo. La for-mation au DPTS comporte un très important volet pra-tique, les enseignements de géodésie et de topométriereprésentant environ 70% des stages de terrain des cy-cles BTS et ingénieur. De plus, le DPTS assure la respon-sabilité pédagogique du cycle ingénieurs, ainsi quel’organisation et la responsabilité pédagogique dumastère PPMD en collaboration avec leDépartement Imagerie Aérienne et Spatiale (DIAS).Il offre des stages de formation continue dans les do-maines des systèmes de référence, du positionnementpar satellites et de l’estimation statistique. Ces forma-tions sont destinées au personnel de l’IGN comme àd’autres organismes et entreprises et peuvent êtreconçues et réalisées à la demande, en français ou enanglais, pour des clients extérieurs.Les membres du DPTS contribuent également à desformations dispensées dans d’autres établissementsd’enseignement supérieur (École Polytechnique Paris-Tech, École Nationale des Ponts ParisTech, EcoleSupérieur des Travaux Public, universités…).Les activités de recherche du DPTS se font en collabo-ration avec les laboratoires de l’IGN et des partenairesfrançais (CNRS, IPGP) ou étrangers (GSI, Université deTokyo). Ces travaux concernent différents thèmes dela géodésie : positionnement précis par GNSS pour desproblématiques géophysiques, trajectographie et posi-tionnement en temps réel, analyse de mesures de gra-vimétrie, mesure de déformation, impact de la basseatmosphère sur les mesures de géodésie spatiale etétudes climatologiques.Le DPTS assure le suivi des évolutions technologiquesde son domaine et participe à des groupes de travailnationaux (GEOPOS du CNIG, CNFGG…).

Recherche Formation

La géodésie est la science qui étudie les dimensions, laforme et le champ de pesanteur de la Terre. Son objec-tif principal est d’élaborer des systèmes de référenceterrestres sur lesquels tout utilisateur ou créateur dedonnées géoréférencées peut s’appuyer par l’intermé-diaire de réseaux. La réalisation et l’adoption de cessystèmes constituent un indispensable outil de norma-lisation pour l’information géographique et pour lepositionnement en général. L’évolution des réseauxgéodésiques vers des réseaux «actifs», utilisant les sys-tèmes de positionnement satellitaires, est le fait le plusmarquant des dernières décennies.Les réseaux constituent les réalisations physiques dessystèmes géodésiques. L’accès aux références nationaleset internationales se fait au moyen des coordonnéesde repères matérialisés, par l’exploitation des donnéesde réseaux de stations permanentes de géodésie spa-tiale (RGP, IGS, DORIS…) ou encore par l’établissementde coordonnées très précises des satellites de géoposi-tionnement (orbites précises).Les réseaux matérialisés de géodésie sont formés debornes définies par leurs coordonnées tridimension-nelles. Ils couvrent la France métropolitaine et l’outre-mer de façon homogène.Les réseaux de nivellement sont matérialisés par desrepères stables dont l’altitude est déterminée avecune très grande précision par combinaison de mesuresgéométriques et de gravimétrie, composante essentiellepour, typiquement, déterminer le sens d’écoulementde l’eau.

• Production : SGNIGN – Service de Géodésie et Nivellement73 avenue de Paris94165 Saint-Mandé Cedex+33 (0)1 43 98 83 25sgn@ign.fr geodesie.ign.fr

• Recherche: LAREGUniversité Paris Diderot, bâtiment Lamarck A5, rue Thomas Manncase courrier 707175205 Paris Cedex 13+33 (0)1 43 98 57 45weblareg@ign.fr

• Formation: DPTSENSG – Département Positionnement Terrestre et Spatial6/8 avenue Blaise PascalCité Descartes – Champs-sur-Marne77455 Marne-la-Vallée Cedex 2+33 (0)1 64 15 31 35

La géodésie

Contacts

Le réseau GNSS permanent (RGP) est constitué deplusieurs centaines de stations GNSS enregistrant encontinu les informations envoyées par les satellites desdifférentes constellations (actuellement : GPS, Glonass,Galileo) qui permettent de localiser tout point de lasurface terrestre.Depuis de nombreuses années, l’IGN est un acteurimportant des activités des réseaux et services interna-tionaux, encadrées par différentes associations inter-nationales. Il s'implique par exemple dans le projetintergouvernemental de système permanent d'infor-mation des systèmes d'observation de la Terre (GEOSS)et, plus particulièrement, dans sa composantegéodésique (GGOS).A l’IGN, la production des données et produits géodési-ques s’effectue au Service de Géodésie et Nivellement(SGN), composé de plusieurs départements spécialisés ;la recherche académique est assurée par le laboratoirede recherche en géodésie (LAREG) et l’enseignementet la formation continue en géodésie, ouverts auxbesoins de formation en géomatique des secteurs pro-fessionnels de tous types, sont dispensés par le dépar-tement positionnement et techniques spatiales (DPTS)de l’Ecole Nationale des Sciences Géographiques.