4- Description de la solution géodésique

Le rattachement au système de référence a été effectué à partir de plusieurs techniques (logiciels CATREF servant à la combinaison des jeux de coordonnées pour l'ITRF et GLOBK associé au logiciel de traitement GPS utilisé GAMIT), qui ont permis de mettre en évidence la cohérence des résultats. La technique retenue finalement est celle de la combinaison de jeux de coordonnées à partir d'une transformation à 7 paramètres sur les résultats du calcul en réseau global libre.
La solution a été rattachée à l'ITRF 96, système de référence utilisé pour les calculs des orbites IGS et qui fournit les positions a priori des stations dans l'inversion GAMIT, et à la nouvelle solution ITRF 97, dans laquelle davantage de stations de l'hémisphère Sud interviennent.
Pour cela, il est nécessaire d'introduire un certain nombre de stations supplémentaires en dehors du continent Antarctique, afin de contraindre le mouvement de la plaque antarctique par rapport aux plaques environnantes

5a- Séries temporelles de Dumont d'Urville (Terre Adélie)
L'analyse des séries temporelles a permis l'obtention de vitesses horizontales et verticales exploitables pour toutes les stations ayant au moins 3 ans de données. Certaines ont des comportements non linéaires au cours du temps, pour des raisons liées soit à l'état de l'antenne, soit au mouvement du sous-sol.
Les séries temporelles (évolution avec le temps de la position de la station) sur la station GPS de Dumont nous ont permis d'observer l'effet du séisme de magnitude Mw=8,1 du 25 mars 1998, survenu près des îles Balleny, à environ 600 km de la base française. Cet effet ce manifeste par un saut brutal d'environ 1 cm dans les séries temporelles. Le déplacement cosismique mesuré (entre 4 et 13 mm de déplacement instantané selon la composante et la solution) est légèrement inférieur au résultat d'un modèle de dislocation élastique (19 à 22 mm) mais cohérent en orientation. C'est bien évidemment la vitesse horizontale corrigée de ce déplacement "anormal" qui a ensuite servi à l'évaluation du pôle de rotation antarctique, et qui est remarquablement compatible avec les vitesses horizontales des stations IGS sur le rest de la plaque antarctique.

5b- Vitesses horizontales et pole de rotation de la plaque Antarctique
Pour toutes les stations situées sur la plaque tectonique antarctique, la très bonne cohérence des vitesses horizontales avec une rotation de plaque rigide nous permet de proposer une révision du mouvement tectonique prédit par NNR-Nuvel1-A. La vitesse de rotation extraite de nos calculs est de 0,264 °/Ma, autour d'un pôle situé par 62° de latitude Nord et 147° de longitude Ouest.
Sur la figure, les flèches flèches rouges indiquent les vitesses mesurées dans notre calcul. Les flèches vertes correspondent aux vitesses modélisées par un pole de rotation rigide (point vert entouré de rouge), et les flèches bleues représentent les residus (les écarts) entre les observations et le modèle. On note la très bonne "performance" du modèle : les vitesses mesurées par GPS sur la plaque Antarctique sont compatibles à 1 ou 2 millimètre près avec la rotation d'une plaque rigide. Les vitesses résiduelles, une fois otée la vitesse correspondant à cette rotation de plaque, sont alors négligeables (inférieures à 2 mm/an) sur toutes les stations GPS utilisées pour l'évaluation de ce mouvement, à l'exception de la station de O'Higgins (au bout de la péninsule).
On peut remarquer que le pole estimé diffère sensiblement du pole Nuvel-1a (en marron sur la figure). Un calcul indépendant (Heflin et al.) sur les données GPS Australiennes propose également un nouveau pôle de rotation pour la plaque Australie. Les pôles respectifs de chacune des plaques prises séparément sont significativement différents des prédictions de Nuvel1-A, mais la rotation relative est très proche du mouvement NNR-Nuvel1-A : vitesse de rotation identique à un centième de degré par million d'années près, position du pôle différant de moins de 3 degrés en latitude et en longitude. Ce type de contrainte relative nous fournit une très bonne validation géologique de nos résultats, puisque c'est sur cette frontière Australie/Antarctique que le mouvement est le mieux contraint dans Nuvel1.

5c- Comparaison avec le système DORIS
Le système de positionnement DORIS fournit lui aussi des vitesses de déplacement des stations antarctiques (Crétaux et al., 1998). Un pole peut là aussi etre estimé, ainsi que les residus par rapport à ce pole. Alors que le pole trouvé est quasiment identique à celui de Nuvel-1a, les residus assez importants (de l'ordre de 5 mm/an pour 3 stations et 3 mm/an pour les 2 autres) semblent indiquer que les vitesses DORIS sont soit moins précises que les vitesses GPS, soit affectées par des erreurs locales (monument géodesique instable). Le fait que l'on trouve malgré tout un pole proche de celui de Nuvel-1a confirme que le système DORIS peut fournir un système de reference convenable, indépendant du GPS.

Parmi les vitesses verticales sur le continent antarctique, la plus élevée, dans le sens d'une surrection importante, est celle observée sur cette même station de O'Higgins, avec 25 ⁺/_- 12 mm/an. Ce mouvement est trop important, comparé aux autres vitesses verticales des stations antarctiques, pour ne traduire que du rebond visqueux. Il indique certainement une remontée élastique d'au moins 10 à 15 mm/an, correspondant à une évacuation glaciaire actuelle importante au voisinage de la Péninsule. L'application d'une modélisation simple à partir de disques représentant la charge de glace, permet d'évaluer la diminution de l'épaisseur de glace nécessaire pour provoquer un rebond vertical de 1 cm/an à O'Higgins. Si cette diminution est uniforme sur l'ensemble de la Péninsule, il faudrait qu'elle atteigne 65 à 70 cm/an, chiffre important par rapport aux évaluations courantes des modèles, mais qui reste possible, et même comparable à des valeurs locales (par exemple celles du scénario J92 de (Jacobs et al., 1992). Un tel mouvement constitue une indication importante et nouvelle d'une accélération sensible de l'évacuation glaciaire sur la Péninsule.
Paradoxalement, il est difficile d'obtenir des mesures directes fiables de l'ablation des plate-formes, qui soient représentatives du comportement glaciaire sur l'ensemble de la Péninsule. On y a cependant constaté depuis le début des années 90 une accélération du vêlage, avec la disparition rapide de plusieurs grandes plates-formes glaciaires, mais les glaciologues hésitent à en déduire une tendance à long terme.
Cette vitesse de remontée importante à O'Higgins vient donc confirmer des observations glaciologiques. Les études de Rignot, 1998b montrent également des vitesses de retrait des lignes d'échouage sur les plates-formes de la Péninsule beaucoup plus rapides que les résultats des modèles, qui servent eux-mêmes de base aux bilans de l'équilibre actuel de la calotte antarctique. On ne dispose pas encore de mesures globales de vitesse de remontée de la croûte d'origine géodésique venant confirmer les résultats de cette étude. Localement, a la station japonaise de Syowa (Kamimuna, 1998), les résultats de plus de 20 ans de mesures de nivellement et de marégraphie, relayées par du GPS, montrent des vitesses de remontée continue de 10 mm/an environ.
Notre résultat constitue donc une première validation géodésique de ces observations glaciologiques. Le fait de ne disposer que d'une vitesse GPS sur la Péninsule empêche des interprétations plus détaillées. L'installation mi-1998 d'une seconde station GPS permanente à la station de Palmer devrait permettre d'obtenir d'ici quelques années une autre vitesse verticale sur la côte Ouest de la Péninsule. Par la suite, il faudrait disposer de données plus nombreuses, couvrant si possible l'ensemble de la Péninsule, qui devraient fournir une cartographie plus complète du mouvement de rebond élastique, et donc des zones principales d'évacuation glaiciaire. La fiabilité des vitesses verticales GPS dépend en grande partie de la façon dont les données ont été obtenues.
Les variations saisonnières très importantes, détectées sur la composante verticale de O'Higgins, confirment la présence d'un mouvement de rebond élastique. Leur période est de 365 jours exactement, avec une amplitude de 5 cm. Le mécanisme (encore incertain) justifiant des variations d'une telle ampleur devrait faire appel à des variations très importantes de l'évacuation glaciaire sur la Péninsule entre l'été et l'hiver.
Les vitesses verticales GPS sur le reste des stations antarctiques, bien que reflétant un mouvement moins important, et avec des incertitudes du même ordre de grandeur que les vitesses elles-mêmes, indiquent une remontée globale du continent. Un rebond de 10 mm/an environ se situe plutôt vers la limite supérieure des estimations des modèles de rebond post-glaciaires, montrant ainsi que la relaxation visqueuse provoquée par la dernière déglaciation sur l'Antarctique est encore effective. Le fait de ne pas détecter de divergence horizontale claire accompagnant ce mouvement vertical peut être attribué à l'incertitude sur les vitesses résiduelles horizontales par rapport à la rotation de plaque tectonique rigide. Une vitesse inférieure à 2 mm/an, conforme aux prédictions des modèles ICE-3G, LC79 ou D91, passerait inaperçue parmi les résidus horizontaux du même ordre de grandeur.

• en rouge les vitesses des stations sur la plaque Antarctique
  
• en vert les vitesses des stations sur les autres plaques.

vitesses en plan : les flèches pointant toutes vers l'extérieur indiquent une surrection générale

vitesses en coupe : altitude en fonction de la latitude. les barres grises verticales indiquent l'incertitude sur les vitesses