De la précision en général et du GPS en particulier

Il est de plus en plus courant d'avoir accès à des mesures GPS (Global Positioning System). Au départ, le but premier est de pouvoir se localiser quel que soit l'endroit sur la planète. Les moyens pratiques pour obtenir la position sont les stations automatiques et les instruments portables. Le grand public est devenu familier de cette technologie avec, par exemple, le guidage routier.

Techniquement, la localisation GPS consiste à recevoir des signaux diffusés par des satellites en orbite basse. Les satellites transmettent leur position et un signal d'horloge (informations temporelles). Pour assurer une bonne localisation, la réception simultanée des informations de plusieurs satellites est nécessaire, et il faut une ligne de visée directe vers les satellites (ce qui explique pourquoi le GPS n'est pas directement utilisable dans les tunnels ou les parkings sous-terrain).

La localisation, habituellement, ne nécessite qu'une précision grossière, le décimètre est suffisant dans la plupart des cas (par exemple, pour un véhicule ou un avion). Cela signifie que la valeur exacte n'est pas connue, la valeur calculée et affichée est une approximation.

Avec un précision d'un décimètre, par exemple, si la hauteur affichée est de 203,12 mètres, cela signifie qu'en réalité la valeur exacte se situe entre 203,02 et 203,22 mètres. 

Pour le suivi de l'évolution d'un phénomène tectonique ou volcano-tectonique, le GPS est un outil intéressant. Mais une précision accrue est nécessaire. Les méthodes précises pour obtenir cette précision accrue sortent du cadre de cet article, mais on peut citer rapidement plusieurs voies:

• comparaison des informations reçues de stations proches (l'hypothèse étant qu'une partie des erreurs est due au trajet des ondes et donc différente de stations à stations)
• comparaison de la localisation pour la même station en fonction du temps (l'hypothèse étant qu'une station se déplace de manière linéaire ou est "fixe": la vitesse de déplacement est faible par rapport à l'erreur de positionnement)
• les corrections (souvent à posteriori) en tenant compte de plusieurs paramètres

Certains logiciels avancés, BERNESE (Université de Bern), GIPSY-OASIS (JPL Nasa)... utilisent ces méthodes pour obtenir des valeurs plus précises, et on peut couramment obtenir les marges d'erreur suivantes:

• horizontalement (latitude et longitude): quelques millimètres
• verticalement (hauteur): environ 2 centimètres

Examinons maintenant quelques exemples concrets basés sur les informations disponibles pour El Hierro.
Les deux graphes suivants sont tirés des analyses du prof. Sagiya (Université de Nagoya). Nous savons que BERNESE est utilisé dans ce cas, donc la précision indiquée ci-avant s'applique.

Voyons tout d'abord l'évolution sur le plan horizontal d'une station de Ténérife:

Fig 1. Evolution horizontale de la station TEIT (Ténérife)

Le premier graphe correspond à l'évolution est-ouest (est en positif) et le second nord-sud (nord en positif). Et comparons avec le plan vertical:

Fig 2. Evolution verticale de la station TEIT (Ténérife)

Il apparaît clairement que la dispersion des points de mesure est plus importante dans le plan vertical, mais globalement il n'y a pas d'évolution claire.

En ajoutant la marge d'erreur, on obtient:

Fig 3. Evolution verticale de la station TEIT (Tenerife)

Voyons maintenant la station de Frontera:

Fig 4. Evolution horizontale de la location de la station de Fontera

 Comparons avec l'évolution verticale:

Fig 5. Evolution verticale de la location de la station de Fontera

On peut constater que l'évolution est similaire (plusieurs mouvements). En ajoutant une visualisation de la marge d'erreur, on obtient:

Fig 6. Evolution verticale de la location de la station de Fontera

Il semble que la marge d'erreur soit plus importante pour Frontera que pour Ténérife.

Comparons avec la station CVCB (La Palma):

Fig 7. Evolution verticale de la location de la station CVCB

La dispersion des points de mesure est encore plus importante ici. Il peut s'agir d'un effet local.

Trop souvent, les personnes non - informées ne tiennent pas compte de cette marge d'erreur et regardant l'évolution au jour le jour en "zoomant" sur les derniers jours, en concluent qu'une station "saute" de deux centimètres par jour (tantôt dans un sens et tantôt dans l'autre). En réalité, la vitesse de variation est généralement bien plus faible, sauf en cas de mouvement brutal d'une faille tectonique.

Il est possible d'obtenir une précision millimétrique dans le sens vertical, mais c'est extrêmement complexe (par exemple, il faut tenir compte de l'effet de marée, la variation de hauteur due à l'attraction de la lune et du soleil sur le sol. Hé oui, il n'y a pas que la mer qui subit cet effet!)