En 1738, le scientifique français Pierre Bouguer, membre de l’expédition géodésique alors menée en Équateur, réalise une expérience fondamentale qui deviendra célèbre et constituera une étape majeure dans l’histoire de la gravimétrie et de notre compréhension de la répartition des masses à l’intérieur de la Terre.
Aux débuts de la gravimétrie : une histoire de fil à plomb
Le physicien part d’une idée assez simple : puisqu’une montagne possède une masse considérable, elle doit exercer une attraction gravitationnelle sur les objets situés à proximité.
Bouguer se trouve alors au pied des Andes, près du Chimborazo, qui culmine à plus de 6 000 mètres.
Pour tester sa théorie, Bouguer mesure donc la direction de la verticale, indiquée par un fil à plomb, en différents points autour de la chaîne montagneuse, puis la compare à la verticale déterminée astronomiquement.
Les résultats sont remarquables : le scientifique observe une infime différence entre les deux mesures.
La conclusion est claire : la masse de la montagne attire le fil à plomb, provoquant une déviation de la verticale.
En termes plus modernes, le vecteur de la force gravitationnelle g, qui représente la direction de la gravité, ne pointe pas toujours exactement vers le centre de la Terre, contrairement à ce que l’on pourrait penser.
Sa direction est influencée par la répartition des masses à l’intérieur de la planète.
Or, notre planète est loin d’être homogène.
L’expérience du fil à plomb de Bouguer aura de nombreuses implications dans les sciences de la Terre et contribuera plus tard à établir le concept de géoïde.
Le géoïde, ou comment représenter l’hétérogénéité de la Terre
Le géoïde représente une surface équipotentielle du champ gravitationnel, ce qui signifie qu’en chaque point de cette surface immatérielle, l’intensité du champ est constante.
On peut le visualiser comme la forme que prendrait la surface des océans si elle était soumise uniquement à la gravité terrestre, sans l’influence des courants, des marées et des vents.
Le géoïde n’est donc pas la surface physique de la Terre et ne reproduit pas directement sa topographie.
Ses ondulations résultent de la répartition très hétérogène des masses à la surface et à l’intérieur de la planète : montagnes, bassins océaniques, structures de la croûte terrestre, variations de densité du manteau, etc.
Le champ gravitationnel varie ainsi d’un endroit à l’autre, entraînant des variations de la hauteur du géoïde par rapport à un ellipsoïde de référence.
Des modèles toujours plus précis grâce aux satellites
Notre connaissance de la forme du géoïde s’est considérablement améliorée grâce à des satellites tels que GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) et GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer).
Ensemble, ces données ont permis de produire un modèle actualisé du champ gravitationnel terrestre, baptisé GOCO06s.
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