PROPOSITION DE RECHERCHE SCIENTIFIQUE SPATIALE

I.-	RENSEIGNEMENTS GENERAUX
Discipline (voir le texte de l’appel à propositions) : Etude et Observation de la Terre : géophysique interne, géodynamique et géodésie
Action :	nouvelle – engagée (* = rayer les mentions inutiles)
Intitulé du projet :
GPS continu en République de Djibouti pour la co-localisation avec Doris et la validation de l'Interférométrie radar par Envisat : applications à l'étude des mécanismes de la propagation de la ride d'Aden-Tadjoura en Afar

Indiquer à quel type d'activités se rattache la proposition (* = rayer les mentions inutiles) :
Recherche technologique amont
Etude préparatoire
Développement instrumental
Projet de micro ou mini satellite
Expérience suborbitale
Modélisation ou simulation sol
Exploitation de données
Autre (à préciser)

Responsable scientifique :
Nom, Prénom : DE CHABALIER Jean-Bernard
Téléphone : O1 44 27 24 29
Télécopie : 01 44 27 38 94
e-mail : dechabal@ipgp.jussieu.fr
Adresse : Institut de Physique du Globe de Paris, Département de sismologie, 4, Place Jussieu, 75252 Paris cedex 05.

Date :		 9 Avril 2001						Signature :

Nom du Laboratoire ou de l’Organisme : Département de Sismologie, UMR 7580
Forme juridique : Unité Mixte de Recherche du CNRS

Date : 9 avril 2001					Visa du Directeur de Laboratoire ou d'Organisme :

CO-proposants :
Nom, Prénom : VIGNY Christophe
Téléphone : 01 44 32 22 14
Télécopie : 01 44 32 22 00
e-mail :  vigny@geologie.ens.fr
Adresse : Ecole Normale Supérieure, Laboratoire de Géophysique, 24 rue Lhomond, 75231 Paris cedex 05

Date :			9 avril 2001					Signature :

Nom du Laboratoire ou de l’Organisme : Ecole Normale Supérieure
Forme juridique : Unité Mixte de Recherche du CNRS

Date :							Visa du Directeur de Laboratoire ou d'Organisme :

____________________________________________________________________

Nom, Prénom : FEIGL Kurt 
Téléphone : 05 61 33 29 40
Télécopie : 05 61 33 29 00
e-mail : Kurt .Feigl@cnes.fr
Adresse : CNRS UMR 5562, 14 avenue E. Belin, 31400 Toulouse FRANCE

Date : 9 avril 2001									Signature :

Nom du Laboratoire ou de l’Organisme :  Dynamique Terrestre et Planetaire
Forme juridique : Unité Mixte de Recherche du CNRS

Date :							Visa du Directeur de Laboratoire ou d'Organisme :

____________________________________________________________________

Nom, Prénom : CHARADE Olivier 
Téléphone : 01 44 27 24 70
Télécopie : 01 44 27 38 94
e-mail : charade@ipgp.jussieu.fr
Adresse : Institut de Physique du Globe de Paris, Département de Sismologie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris cedex 05.

Date : 9 avril 2001									Signature :

Nom du Laboratoire ou de l’Organisme : Département de Sismologie, UMR 7580
Forme juridique : Unité Mixte de Recherche du CNRS

Date :							Visa du Directeur de Laboratoire ou d'Organisme :

II.-	
FICHE DE SYNTHESE DU PROJET (sur DeUX pagES MAXIMUM)
Résumé des objectifs scientifiques du projet :

La dépression Afar est une des seules régions du monde où peuvent être mesurés en direct les mécanismes d’accrétion  océanique. En particulier le rift d’Asal en République de Djibouti est considéré comme un équivalent émergé de ride océanique avec une vitesse d’ouverture actuelle continue de 1.3 cm/an. Nous proposons dans ce projet d’équiper la région de 4 GPS continus afin d’étudier l’organisation de ces déformations dans l’espace et de caractériser les mécanismes transitoires de la fracturation continentale. Un récepteur GPS continu sera installé à l’Observatoire d’Arta, et un autre de l’autre côté de la ride de Tadjoura ; un autre couple de récepteurs GPS continus sera installé à travers le rift d’Asal. Le récepteur GPS d’Arta, en co-localisation avec la station DORIS permettra de valider l’aptitude du nouveau système à fournir des séries temporelles. Les autres stations GPS continues (dans le rift dAsal) permettront de caler et valider l’aptitude d’ENVISAT à fournir des interférogrammes capables de détecter des déformations.

Bilan de l'année passée (pour les propositions engagées) :

Programme des travaux (avec mention des étapes clés du projet) :

2002 : Installation des récepteurs GPS continus d’Arta, et de Tadjoura. Tests des communications.
	Production de série temporelles de mesures GPS. Calculs d’interférogrammes ERS.

2003 : Installation des récepteurs GPS continus en travers du rift d’Asal. Calcul de séries temporelles GPS. Production d’interférogrammes ENVISAT. 

2004 : Comparaisons des séries temporelles DORIS et GPS.  Calibration des interférogrammes ENVISAT, interprétation et modélisation des données. Production d’interférogrammes ALOS.
 
2005 : Calibration de la roue interférométrique

Collaborations éventuelles :

Synthèse budgétaire (en kEuros 2001) :

2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	total	
	44	51	12	8				
III.-	
OBJECTIFS SCIENTIFIQUES (sur une pagE)
(A préciser soigneusement pour les propositions nouvelles, pour les propositions engagées rappeler explicitement la description de l'année précédente en indiquant les éventuelles évolutions)

La dépression Afar et plus particulièrement la région de Djibouti présente un intérêt scientifique majeur : il s'agit de la seule région au monde où un continent est en train de se déchirer sous nos yeux impliquant l'émersion de portions de dorsales océaniques. En effet, du sud-est vers le Nord-Ouest, la Ride d'Aden n'est pas connectée directement à la Mer Rouge par le détroit de Bab El Mandeb (Figure 1), mais pénètre à terre par le rift d'Asal-Ghoubbet et le rift de Manda Inakir vers le Nord. Du Nord vers le sud, la ride de la Mer Rouge est elle-aussi formée de rifts disjoints émergés en Afar, les zones volcano-tectoniques de l'Erta'Ale et de Manda Harraro. Entre ces deux systèmes de rift actifs non encore connectés l'Afar se déforme intensément le long d'un réseau complexe et dense de failles normales (Tapponnier et al. 1990, Manighetti et al. 1997). 

Depuis plus de 20 ans la communauté scientifique française a été à l'origine de projets géologiques et géophysiques de grande ampleur avec des résultats de premier ordre grâce aux programmes développés par l'INSU et les collaborations avec des scientifiques djiboutiens et éthiopiens. Ces résultats sont essentiellement d'ordre géologique et pour améliorer notre compréhension un effort doit être entrepris dans la mesure et la détermination des déformation actuelles et principalement par les méthodes de la géodésie spatiales. Si la cinématique à grande échelle est maintenant connue, aussi bien par les reconstructions cinématiques (Jestin et al. 1994), que par les déterminations instantannées par GPS (Walpersdorf et al. 1999, Vigny et al. En préparation), les processus transitoires et l'organisation de ces déformations dans l'espace sont très mal connus mais essentiels pour comprendre la dynamique des processus d'océanisation et de rifting. 

Les travaux de géodésie terrestre et spatiale réalisés depuis plus de 25 ans par Jean-Claude Ruegg et son équipe en République de Djibouti ont permis de décrire de manière détaillée les processus de rifting à l'échelle du rift d'Asal, grâce la "capture" de la séquence sismo-volcanique de 1978 par un réseau géodésique et son suivi temporel. Son travail a permis d'équiper cette région de réseaux géodésique dédiés à différents objectifs de mesure (mesures horizontales, verticales, dispositifs de surveillance de l’activité des failles …), de différentes échelles spatiales (depuis l'échelle locale jusqu'à l'échelle globale), et de faire évoluer ce réseau de géodésie "classique" de triangulation vers un réseau GPS, faisant de la ride de Tadjourah et de son prolongement, le rift d'Asal-Ghoubet une des zones actives du monde ayant un suivi géodésique le plus complet (Ruegg et al., 1979, 1987, 1993). En 1991 la campagne "point Triple Afar" a permis la première mesure par GPS de la République de Djibouti, complété par des points au Yémen et sur le plateau éthiopien (Ruegg et al. 1993). Des mesures partielles entre 1991 et 1995 ont permis de faire la première estimation de la vitesse instantanée entre l'Arabie et l'Afrique dans cette région (Walsperdorf et al. 1999). La mesure en continue des déformations dans cette région devient un objectif de premier ordre pour comprendre les mécanismes de rifting et de déchirure continentale. 

Dans ce projet nous proposons de mettre en place un réseau de 4 récepteurs GPS en continu, un couple en travers du Golfe de Tadjoura (ARO0-TDJ0, 30km) , et un couple en travers du rift d’Asal (EP-DF, 5km, Figure 1). Le récepteur situé à l’Observatoire d’Arta sera donc en co-localisation avec la station DORIS. Il permettra de valider l’aptitude du nouveau système à fournir des séries temporelles précises. Des rattachements réguliers au marégraphe du port de Djibouti permettront également de contrôler les mouvements verticaux de celui-ci, et donc d’interpréter correctement les mesures de variation du niveau de la mer. Cette station GPS continue permettra également de combler un trou important dans cette région du monde et sur cette plaque tectonique.

De part sa situation géologique (affleurements de basalte, structures actives exposées) et climatique (semi-désertique, pas de végétation) la dépression Afar est une zone privilégiée pour les applications de l’interférométrie radar. Les mesures GPS continues en travers de la zone de déformation du rift d’Asal permettront de caler et valider l’aptitude d’ENVISAT à fournir des interférogrammes capables de détecter les déformations associées au cycle sismique puisque actuellement 1.3cm/an sont accomodées dans ce rift.  Cette même calibration sera effectuée sur les interférogrammes ALOS.
Enfin nous proposons aussi que ce site de Djibouti soit un lieu privilégié pour tester et valider la future Roue interférométrique puisque autour du rift d’Asal différents Modèles Numériques de Terrain de qualité exceptionnelle sont disponibles (De Chabalier and Avouac 1994)

Références :
De Chabalier and Avouac, Kinematics of the Asal rift (Djibouti) determined from the deformation of Fieale volcano, Science, 265, 1677-1681, 1994.
Jestin F., P. Huchon, and J.M. Gaulier, The Somalia plate and the East African Rift system : present-day kinematics, Geophys. J. Int., 116, 637-654, 1994.
Ruegg et al., Geodetic measurements of rifting associated with seismo-volcanic crisis in Afar, Geophys. Res . Lett., 6, 11, 817-820, 1979. 
Ruegg J.C. and M. Kasser, Deformation across the Asal-Ghoubbet rift, Djibouti, uplift and crustal extension 1979-1986, Geophys. Res. Lett., 7, 745-748, 1987.  
Ruegg J.C., P. Briole, K. Feigl, A. Orsoni, C. Vigny, M. Anis Abdallah, O. Bellier, J.B. de Chabalier et al., First epoch geodetic GPS measurements across the Afar plate boundary zone, Geophys. Res . Lett., 20(18), 1899-1902, 1993.
Manighetti et al. Propagation of rifting along the Arabia-Somalia plate boundary : the gulfs of Aden and Tadjoura, J. Geophys. Res., 102(B2), 2681-2710, 1997.
Tapponnier et al., Boockshelf faulting and horizontal block rotations between overlapping rifts in soutenu Afar, Geophys. Res. Lett., 17, 1-4, 1990.
Walsperdorf A., C. Vigny, J.C. Ruegg et al. Five years of GPS observations of the Afar Triple junction area, J. Geodynamics, 28, 225-236, 1999

SITUATION ACTUELLE DU THEME DE RECHERCHE et du projet
Pour les propositions nouvelles
III.1.	indiquer le contexte scientifique au plan national et international
Le contexte scientifique géologique ayant été explicité plus haut, nous présentons ici le contexte scientifique géodésique. L'INSU depuis plus de dix ans anime des projets géophysiques et géologique en Afar avec une détermination qui ne s'est jamais affaiblie. Actuellement le programme « Intérieur de la Terre » soutien quelques projets dont la mesure répétée des réseaux géodésiques. Les campagnes effectuées de 1999 à 2001 ont permis la remesure par GPS d'une grande partie du réseau point triple installé en 1991. De plus, dans le rift d'Asal l'IGN a effectué (financé par l'INSU en 2000) la réitération d'un profil de nivellement de 60 km mesuré auparavant en 1973, 1979 et 1984. Un certain nombre de ces points ont été de plus occupé par des campagnes répétées de gravimétrie (collaboration avec l'équipe de M. Diament). Une campagne de mesure du réseau GPS est prévue dans les 4 années à venir. 
L'observatoire d'Arta à Djibouti est chargé de la surveillance sismovolcanique de la République de Djibouti. Il est co-géré par l'INSU, l'IPGP et l'ISERST (l'Institut Supérieur d'Etude et de Recherche Scientifique et Technique de Djibouti). Il est en charge d'un réseau sismologique courte période et d'un certain nombre de routine de mesure comme des mesures de distances à travers le rift et de lignes de nivellement. Il abrite aussi une station du réseau sismologique français Géoscope depuis 1996. Une station Doris vient d'être réinstallée en 2000 avec les nouvelles normes après près de 10 ans de fonctionnement. L'observatoire a été aussi choisi comme station du CTBT, organisme de surveillance des essais nucléaires et il sera installé cette année une station infra-son. L'installation d'une station GPS permanente à Arta permettra de remplir un vide important dans le réseau GPS de l'IGS puisque seules Malindi au Kenya et Bahrein sont situées à moins de 2000 km et fonctionnent de manière intermitente. 
Djibouti est une zone géodynamique test, sélectionnée par le GDR AGRET, pour réaliser des co-localisations entre les différentes méthodes (GPS, DORIS, Gravimétrie Absolue, Marégraphie) afin d’évaluer précisément les mouvements verticaux de l’écorce terrestre. Des mesures GPS sont effectuées régulièrement depuis 1991, des mesures DORIS en continu et un marégraphe fonctionne à Djibouti depuis 1995. Des mesures de gravimétrie absolue sont envisagées dans les années à venir. Une évolution de ce projet pourrait être l’installation d’un gravimètre continu.
L'Afar est une région idéale pour appliquer l'interférométrie radar. Paradoxalement peu de résultats sont encore sortis sur les application de cette méthode dans la région car il manquait de station de réception des données ERS dans la région. La station de réception de Malindi au Kenya semble avoir fait quelques acquisitions dans la région en 2000 et si le satellite ERS2 fonctionne normalement ces prochains mois, on peut espérer acquérir de nouvelles images. 

III.2.	détailler les objectifs à atteindre sur l'ensemble du projet et les résultats attendus
Les objectifs prioritaires de ce projet sont les suivants :
1)	Fournir une solution de vitesse et une série temporelle GPS de la station d'Arta qui puisse être comparée directement aux résultats analogues de Doris. 
2)	Fournir une calibration/validation de la mission satellitaire ENVISAT (puis ALOS) grâce aux stations GPS continues du rift d'Asal et le dispositif de surveillance géophysique opérationnel dans le rift. 
Les objectifs secondaires que nous nous donnons sont aussi :
1)	D'offrir un site test pour l'avenir pour la roue interférométrique
2)	De contribuer à la détermination des mouvements verticaux par le rattachement régulier des stations GPS continu avec le marégraphe de Djibouti.

III.3.	décrire la méthodologie envisagée
Nous avons déjà une grande expérience sur la maintenance et le traitement de stations GPS continu puisque à l'IPG nous exploitons 2 stations GPS continues au Chili depuis près de 4 ans et 2 autres en Guadeloupe depuis quelques mois ; l'ENS gère des stations continues en Indonésie. Les données seront transmises depuis Arta vers Paris par téléphone. Pour remédier aux coupures associées à la mauvaise qualité de la ligne téléphonique, les données seront transmises par paquets de quelques heures (quelques kilo-octets), solution déjà opérationnelle pour le transfert des données Géoscopes. Le traitement s'effectuera avec le logiciel Gamit, et une solution journalière sera réalisée avec les stations globales environnantes, les orbites précises de l’IGS avec moins d'une semaine de délais. Nous savons que l'IGN, associée avec l'Université de Berne propose de développer des traitements de données Doris fournissant des séries temporelles qui pourront être comparées directement avec celles que nous produirons. 
Les 3 autres stations GPS continues (Tadjoura, EP, DF) seront installée en autonomie sur panneaux solaires. Les transmissions jusqu'à Arta se feront par la technologie radio-modem Freewave déjà testée avec succès en Guadeloupe. Les données seront transmises à Paris par le même procédé que pour les données d'Arta. Des séries continues de déplacement à travers le golfe de Tadjoura et du rift d'Asal seront ainsi produites. Ces données seront complétées par une campagne de mesure du réseau GPS de la République de Djibouti qui sera financé par l'Insu et ne fait pas l'objet de la présente demande. Ces résultats seront comparés aux interférogrammes produits d'une part à partir des données ERS disponibles, mais surtout des données Envisat. Ces deux méthodes de mesures sont particulièrement complémentaires : si le GPS n'est que ponctuel, il s'agit d'une mesure vectorielle continue dans le temps complémentaire avec la continuité spatiale du radar qui n'est qu'une mesure scalaire et discontinue en temps. Ce projet permettra une calibration et une validation de l'interférométrie radar par Envisat sans équivalent dans le monde.

III.4.	pour les propositions comportant la réalisation d'un dispositif expérimental : le décrire

IV.-	
CALENDRIER DU PROJET (sur une pagE)
(Pour.les propositions nouvelles donner les étapes clés du déroulement du projet, pour les propositions engagées rappeler le calendrier d'origine et indiquer ses évolutions et leurs causes)

2001-2002 : Achat des GPS continus de Arta et Tadjoura. 
-	Début 2002 : installation de Arta (monumentation et câblage déjà effectué) et test des transferts de données. 
-	Fin 2002 monumentation de Tadjoura et test des communications entre Tadjoura et Arta.
2003 : Achat, monumentation et installation des stations GPS continues du rift d'Asal (EP et DF). Production d'une série temporelle de plus d'un an pour Arta. Comparaison avec Doris. Production des premiers interférogrammes Envisat. 
 2004 : Comparaison GPS-Doris. Calibration Envisat par les mesures GPS continues du rift. Interprétation géophysique. Production des premiers interférogrammes ALOS.
 2005 : validation de la roue interférométrique

V.-	
PERSONNELS
(A actualiser chaque année dans le cas d'une proposition engagée)
participant ACTIVEMENT AU PROJET
Nom, prénom	Titre ou grade, âge	Contribution envisagée au projet (%>10%)	
(1) DE CHABALIER Jean-Bernard	Physicien adjoint, 36 ans

	20%	
(2) VIGNY Christophe	C R, CNRS 37 ans	55%	
(3) FEIGL Kurt	C R CNRS 38 ans	20%	
(4) CHARADE Olivier	Ingénieur De Recherche	15%	
(5) XXX	Stagiaire	100%	

			

(1) Coordinateur du projet : terrain, Interprétation et modélisation.
(2) Prise en charge de la partie opérationnelle de l'acquisition et le traitement des données GPS.
(3) Prise en charge de la partie production d'interférogrammes Envisat, terrain, interprétation
(4) Communication et transmission de données, traitement automatisé.
(5) Calcul des données GPS

Pouvant être consultés en tant que de besoin OU désireux de suivre l'évolution du projet
Nom, prénom	Titre ou grade, âge	
ANIS, Abdallah	ISERST, Djibouti	
KASSER, Michel	IGN, France	

VI.-	
ECHEANCIER BUDGETAIRE PREVISIONNEL (en kEuros 2001)
(A actualiser chaque année pour les propositions engagées, en expliquant les évolutions importantes et sans omettre d'indiquer les budgets reçus)

Postes de dépenses	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	TOTAL	
 Equipement
recept. GPS (1)
Radio-modem
Monumentation
Informatique 		37.5
24
7
3
3.5	40
25
7
6
2	1

1	1

1				
 Fonctionnement
Abonnement Tel
Consommation
Maintenance		1.5
0.5
1
0	4
0.5
2
1.5	4
0.5
2
1.5	4
0.5
2
1.5				
 Etudes et réalisations
 (sous-traitance, …)									
 Missions		5	7	7	3				
 CDD et vacations									
 Autres…									

TOTAL		44	51	12	8				

(1) Les récepteurs GPS Ashtec ne pouvant plus être achetés par le consortium universitaire américain UNAVCO nous proposons d’installer des récepteurs de type Z-Xtreme, de prix comparables.
 
Evolutions notables par rapport au budget prévisionnel précédent (le cas échéant):

Indiquer les sources de financement autre que le CNES dont a ou pourra bénéficier le projet :

-	Dotations ordinaires (Enseignement Supérieur, CNRS, CEA, INSERM, autres établissements publics à préciser)
-	Images radars ERS et Envisat dans le cadre des appels d'offre ESA (Envisat), ) et NASDA (ALOS)
-	Programme INSU Intérieur de la Terre
-	Soutien de l'IPGP
-	Logiciels DIAPASON pour l’interférométrie SAR développé au CNES et mises à disposition de la communauté scientifique à travers le GDR STRAINSAR

-	Ressources contractuelles d'origine publique ou privée

-	Autres (à préciser)

PROGRAMME DES TRAVAUX POUR 2002 et AIDE correspondante DEMANDEE AU CNES EN 2002 (sur une pagE)
(N.B. : les demandes doivent être chiffrées en kEuros 2001. Les crédits notifiés par le C.N.E.S. ne peuvent supporter les dépenses suivantes : dépenses immobilières, impôts, machines-outils, matériel de reproduction).
PROGRAMME DES TRAVAUX (sous forme synthétique) :

equipement : Liste et valeur d'achat (HT) du matériel scientifique inventoriable de plus de 10 kEuros (HT)

- 2 récepteurs GPS Ashtec Z-Xtreme (12 kEuro l’unité)	24 kEuro

Total	37.5 kEuro

fonctionnement : Entretien et réparation des matériels utilisés pour l'étude, Matériels et produits consommables, Documentation, Autres (à préciser)

Abonnement téléphonique	0.5 kEuro
Consommation téléphonique 	1 kEuro 
Total	1.5 kEuro

etudes et réalisations : sous-traitances :

MOYENS de calcul :

CAMPAGNE BALLON OU AEROPORTEE :

MISSIONS : Missions liées au projet (préciser : lieu, durée et objet)
Nous prévoyons 1 mission de 20 jours pour l’année 2002 à Djibouti. 	5 kEuro
Pour l’installation et la  mise en service des stations ARO0 et TADJ.

CDD ET vacations :

	MONTANT HORS TAXES. DE L'AIDE : 	44 kEuro

Figure 1 : Situation des 4 stations GPS continues envisagées dans le projet: Arta (ARO0) et Tadjoura (TDJ) de part et d’autre de la ride de Tadjoura, et EP, DF de part et d’autre du rift d’Asal. En encart à droite figure la situation géodynamique du point triple. A gauche la topographie ombrée du rift d’Asal (Modèle Numérique de Terrain de 1 m de précision).