Le centre de masse de la Terre bouge avec les saisons : l’eau le déplace de quelques millimètres

Chaque printemps, la neige qui recouvre l’Eurasie et l’Amérique du Nord, puis l’eau gorgeant la forêt amazonienne, finissent dans l’océan, dont la masse culmine en octobre. Ce transfert suffit à décaler de quelques millimètres la surface solide de la planète par rapport à son centre de masse, le point autour duquel tournent tous les satellites. Une étude parue le 14 septembre 2026 dans Geophysical Journal International, menée par Donald Argus (JPL) et dix coauteurs, mesure cette oscillation annuelle et la trouve plus faible que ne l’indiquaient les anciennes versions du repère terrestre international. La NASA et le JPL l’ont présentée le 16 septembre.

Une planète dont le point d’équilibre glisse sous la surface

Tout objet possède un centre de masse : le point où l’on peut considérer que toute sa masse est concentrée pour calculer comment la gravité agit sur lui. Pour une boule homogène, ce point coïncide avec le centre géométrique. La Terre n’est pas une boule homogène, et surtout, elle n’est pas figée. Sa surface porte de l’eau liquide, de la neige, de la glace et une atmosphère qui changent de place au fil de l’année.

Il faut donc distinguer deux centres. Le centre de masse (CM) est celui du système Terre complet : roches, océans, eaux continentales, air. Le centre de figure (CF) est le centre géométrique de la surface solide, celle sur laquelle on pose des instruments. Quand un océan se remplit pendant qu’un continent s’assèche, la masse totale ne change pas, mais sa répartition si. Le centre de masse se décale alors par rapport à la croûte.

La nuance est décisive. Le centre de masse ne « se promène » pas dans l’espace. C’est lui qui reste la référence dynamique : d’après le communiqué de la NASA et du JPL du 16 septembre 2026, les satellites orbitent autour de ce point, quelle que soit la façon dont l’eau se répartit en surface. Ce qui bouge, c’est la surface solide par rapport à lui. Dire que « le centre de masse se déplace » est une manière de parler relative à la croûte, pas la description d’une planète qui dévie.

Tout dépend du point qu’on tient pour fixe. Si l’on prend la croûte comme référence, on dit que le centre de masse se déplace par rapport au centre géométrique : c’est la formulation du communiqué. Si l’on prend le centre de masse comme référence, c’est le centre de figure qui oscille autour de lui. La publication d’Argus et de ses coauteurs (DOI 10.1093/gji/ggag314) emploie les deux tournures. Elles décrivent le même écart, lu d’un bout ou de l’autre.

Il ne s’agit donc ni d’un changement d’orbite ni d’un basculement de l’axe de la Terre. L’écart en jeu se compte en millimètres, sur une planète de 6 371 km de rayon moyen. C’est le signe d’une redistribution interne, rien de plus.

2 400 milliards de tonnes d’eau pour 2 millimètres

Un chiffre de quelques millimètres paraît dérisoire à l’échelle d’une planète. Il se retrouve pourtant avec une règle de trois. Rassembler en un point de la surface une masse m auparavant répartie sans direction privilégiée, donc à un rayon terrestre R du centre, décale le barycentre de l’ensemble d’environ m × R / M, où M est la masse totale de la Terre.

Le communiqué de la NASA indique qu’en avril, 2 400 gigatonnes d’eau stockées dans le bassin amazonien décalent le centre de masse de 2,2 mm vers l’Amérique du Sud. Une gigatonne vaut un milliard de tonnes : 2 400 Gt font 2 400 milliards de tonnes, soit 2,4 × 10¹⁵ kg. D’après la fiche de données terrestres de la NASA, la masse de la Terre est de 5,9722 × 10²⁴ kg. L’eau amazonienne en représente donc environ 4 dix-milliardièmes.

Multiplié par le rayon moyen de 6 371 km, ce rapport donne environ 2,6 mm. Le calcul est un ordre de grandeur éditorial, pas un résultat de l’étude. Il sert de plafond dans ce cas simple : une eau étalée sur tout un bassin, et non concentrée en un point, a un bras de levier un peu plus court. La réalité est plus compliquée, puisque cette eau quitte des réservoirs précis qui ont chacun leur direction. Que le chiffre annoncé, 2,2 mm, tombe juste sous ces 2,6 mm montre que les deux sont du même ordre. L’effet est petit parce que l’eau déplacée est une fraction infime de la masse totale.

Ce calcul explique aussi pourquoi il faut parler de millimètres et jamais de mètres. Pour décaler le centre de masse d’un mètre, le même calcul impose de déplacer à travers la planète plusieurs centaines de fois la masse d’eau amazonienne, en une seule saison. Aucun cycle naturel de l’eau ne s’en approche. La conséquence est pratique : le phénomène est réel, régulier, mais il ne se mesure qu’avec des instruments capables de résoudre le millimètre à des milliers de kilomètres.

Neige boréale, pluie amazonienne, océan austral : le calendrier des masses

L’oscillation ne vient pas d’un seul phénomène mais d’une succession de stockages et de restitutions d’eau, chacun à sa saison. La publication d’Argus et de ses coauteurs résume la chaîne principale : la neige d’Eurasie et d’Amérique du Nord, à son maximum en mars, et l’eau de la forêt amazonienne, à son maximum en avril, se transforment en eau océanique, dont la masse culmine en octobre. Le reste de l’année, le mouvement s’inverse.

Le moteur de ce cycle est une asymétrie de géographie. L’hémisphère Nord concentre l’essentiel des terres émergées. En hiver boréal, la neige qui tombe sur ces continents y reste : de la masse est retirée à l’océan et stockée sur les terres du Nord. Le communiqué de la NASA chiffre l’effet : en mars, cette neige décale le centre de masse d’environ 3 mm vers le pôle Nord. Au printemps, la fonte renvoie cette eau vers les rivières, puis vers la mer. Si les continents étaient répartis également entre les deux hémisphères, les neiges de l’un compenseraient en partie celles de l’autre, avec six mois d’écart. Ce n’est pas le cas.

L’Amazonie joue un rôle différent. Le bassin est proche de l’équateur : quand il se charge d’eau, il ne tire pas le centre de masse vers un pôle, mais de côté. Selon le communiqué, les 2 400 gigatonnes d’eau présentes en avril le déplacent de 2,2 mm vers l’Amérique du Sud. La direction compte autant que l’amplitude. Chaque réservoir tire dans sa propre direction.

D’autres contributions complètent le tableau. L’eau de mousson stockée en Asie du Sud-Est, 600 gigatonnes à son maximum, participe à l’oscillation, mais les deux sources ne datent pas ce maximum de la même façon : la publication le place en septembre, cinq mois après celui de l’Amazonie, le communiqué en novembre. Le communiqué ne lui attribue pas de déplacement chiffré. D’août à octobre, les océans gonflés d’eau de fonte et de pluie déplacent le centre de masse vers le Pacifique Sud.

L’atmosphère participe aussi. L’air froid d’hiver est plus dense ; il forme des hautes pressions au-dessus des grands continents et y ajoute de la masse. D’après le communiqué, l’air pèse davantage au-dessus de l’Arabie, de l’Asie et de l’Afrique du Nord vers le 21 décembre, et au-dessus de l’Amérique du Sud et de l’Afrique australe vers le 21 juin. La publication, elle, situe en juillet le maximum de la masse de l’atmosphère. Pour estimer ces charges, l’équipe s’appuie sur les modèles atmosphériques du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF).

Ces chiffres par phénomène ne se lisent pas comme ceux de l’étude. Le communiqué donne des déplacements associés à un réservoir et à un mois : 3 mm en mars pour la neige, 2,2 mm en avril pour l’Amazonie. La publication, elle, donne des amplitudes annuelles « crête à crête » par axe, c’est-à-dire l’écart entre les deux positions extrêmes sur l’année, dans trois directions fixes. Les deux séries ne s’additionnent pas et ne se comparent pas terme à terme. De même, la composante nord-sud de l’étude atteint son extrême vers le nord en février, alors que la neige culmine en mars : le calendrier des masses et le résultat par axe sont deux descriptions distinctes, qui ne se superposent pas mécaniquement.

Des satellites qui tournent autour du vrai centre

Mesurer un écart de quelques millimètres entre deux points que personne ne voit suppose un repère qui obéit à l’un d’eux. Ce repère, ce sont les satellites. Un satellite en orbite ne « sait » rien de la croûte terrestre : la gravité le fait tourner autour du centre de masse du système Terre complet, eau et air compris. Les stations au sol, elles, sont fixées à la croûte. Mesurer la distance entre une station et un satellite revient donc à relier les deux centres.

L’outil historique est la télémétrie laser. Une station envoie une impulsion laser vers le satellite, qui la renvoie grâce à des rétroréflecteurs ; le temps d’aller-retour, multiplié par la vitesse de la lumière puis divisé par deux, donne la distance. Le satellite emblématique de cette technique est LAGEOS. Selon la page historique que la NASA lui a consacrée en 2016, il a été lancé le 4 mai 1976 : c’est une sphère d’environ 400 kg portant 426 rétroréflecteurs, placée sur une orbite circulaire polaire à plus de 5 900 km d’altitude. LAGEOS-2 a suivi en 1992, avec l’Agence spatiale italienne. Ces satellites ont servi à établir le repère terrestre sur lequel reposent les systèmes de navigation.

L’étude combine plusieurs sources. D’après le communiqué de la NASA, l’équipe a utilisé la télémétrie laser sur LAGEOS 1 et 2, le GPS, plusieurs satellites en orbite basse, et a comparé ses résultats à ceux de la mission GRACE-FO.

GRACE-FO fonctionne sur un autre principe. Selon la page de présentation de la mission, elle a été lancée le 22 mai 2018 par la NASA et le centre allemand de géosciences GFZ, et succède à GRACE (2002-2017). Deux satellites volent l’un derrière l’autre, à environ 220 km de distance. L’écart entre eux, mesuré en permanence par micro-ondes, varie légèrement selon la gravité des régions survolées. Ces variations révèlent les changements de gravité, et donc les déplacements de masse, surtout d’eau, que la mission publie sous forme de cartes mensuelles.

GRACE-FO ne mesure pas pour autant directement le mouvement du géocentre. Comme le rappellent Yu, Wang et Li dans un article de Geophysical Journal International paru le 28 février 2026, les observations GRACE sont référencées au centre de masse instantané et sont insensibles aux termes dits « de degré 1 », ceux qui décrivent justement un décalage global de la masse. La raison tient au choix de l’origine : un champ décrit depuis le centre de masse ne peut pas, par construction, montrer ce centre décalé. Le mouvement du géocentre se déduit en combinant GRACE à des modèles de pression au fond des océans. La valeur « GRACE » qui sert de comparaison est donc elle-même une reconstruction.

Le maillon trompeur : des stations qui s’enfoncent sous la charge

Le principe de la mesure semble simple. Il bute sur un problème : l’instrument bouge avec le phénomène qu’il mesure. Le communiqué de la NASA le formule sans détour : le poids de l’eau et de la glace déforme la croûte et emporte les stations avec elle.

La croûte terrestre se comporte comme un matériau élastique à l’échelle de ces charges. Quand la neige s’accumule sur un continent, le sol s’affaisse de quelques millimètres sous ce poids, puis remonte quand la neige fond. Une station GPS ou laser installée sur ce sol descend et remonte avec lui. Vu depuis le satellite, ce mouvement local ressemble à un déplacement du centre de figure. Si on ne le retire pas, il se confond avec le signal global.

La technique d’Argus et de ses coauteurs consiste précisément à retirer cette déformation. Pour chaque station, l’équipe calcule le déplacement élastique prédit de la croûte sous les charges d’atmosphère, d’océan et d’eau continentale, puis le soustrait de la position mesurée. La publication en tire une conséquence de méthode : si le déplacement élastique d’un site par rapport au centre de figure est connu, le déplacement du centre de figure peut, en principe, se déduire d’un seul site. Chaque station devient un point de mesure indépendant, une fois corrigée.

Le second écueil tient à la répartition des stations. Le centre d’un réseau de stations géodésiques (CN, pour centre of network) n’est pas le centre de figure de la planète. Les stations sont inégalement réparties : nombreuses sur les terres émergées de l’hémisphère Nord, rares dans le Pacifique. Prendre la moyenne de leurs mouvements, c’est surpondérer les régions où les stations sont denses, et donc les charges locales qui les font bouger.

Une hypothèse courante veut pourtant que le centre du réseau se déplace comme le centre de figure. La publication la remet en cause : selon ses auteurs, CN approche mal CF, à cause de la répartition inégale des stations et de la déformation élastique. Cette approximation fournit une piste pour comprendre pourquoi d’anciennes estimations ont pu donner une oscillation plus ample. L’étude ne démontre pas, en revanche, que ce soit la cause unique ni même principale de l’écart avec les anciennes solutions du repère terrestre. Le lien reste une explication plausible, pas un résultat établi.

Une oscillation revue à la baisse, quatre méthodes à 2,5 mm près

Le résultat central porte sur l’amplitude de l’oscillation annuelle. D’après la publication, le centre de masse décrit chaque année, par rapport au centre de figure, un aller-retour de 4,2 mm crête à crête le long de l’axe Z, l’axe de rotation, orienté vers 90° N en février ; de 6,0 mm le long de l’axe Y, orienté vers le point 0° N 90° E en novembre ; et de 3,2 mm le long de l’axe X, orienté vers le point 0° N 0° E en février. Ce sont des écarts entre positions extrêmes sur un an, pas des dérives.

Ces valeurs prennent leur sens face aux solutions antérieures du repère terrestre international (ITRF). Selon la publication, dans ITRF2008 et ITRF2014, l’oscillation annuelle le long de l’axe de rotation atteignait 11 mm, contre 4,2 mm d’après les données GRACE : un rapport de 2,5. La solution ITRF2020 l’a déjà ramenée à 5,5 mm. L’étude place donc la valeur actuelle autour de 4 mm, soit environ 2,5 fois moins que ce qu’admettaient ITRF2008 et ITRF2014 sur cette composante.

Donald Argus résume cette révision dans le communiqué de la NASA : « Nous estimons désormais l’ampleur du va-et-vient annuel du centre de masse de la Terre à environ la moitié de ce que nous pensions il y a huit ans. » La formule demande une lecture précise. La « moitié » porte sur l’amplitude estimée de l’oscillation annuelle, et d’abord sur sa composante le long de l’axe de rotation. Elle ne s’applique pas uniformément à toutes les directions. Et elle concerne une estimation. La planète, elle, n’a pas changé.

Le communiqué ajoute que les deux dernières estimations internationales, de 2017 et de 2023, diffèrent de 7 mm. Il ne précise pas de quelles solutions il s’agit. La publication, elle, chiffre l’écart entre ITRF2008/ITRF2014 et ITRF2020 à 5,5 mm sur la seule composante de l’axe de rotation. Rien ne permet d’affirmer que les 7 mm du communiqué correspondent à l’écart total, toutes directions confondues, entre ces solutions. Les deux chiffres coexistent, chacun attribué à son émetteur.

Ce qui donne du poids au résultat, c’est la convergence. L’étude produit deux estimations indépendantes : l’une par télémétrie laser classique, l’autre en intégrant GPS, télémétrie laser et satellites en orbite basse. Toutes deux tombent à moins de 2,5 mm de l’estimation ITRF2020 et de la valeur déduite de GRACE. Les auteurs en concluent que les quatre estimations sont robustes.

Cette convergence est un argument, pas un étalon. La valeur « GRACE » dépend de modèles océaniques, puisque la mission est aveugle aux termes de degré 1 ; ITRF2020 repose sur ses propres choix de combinaison. Que quatre voies différentes se rejoignent à 2,5 mm près renforce la confiance dans l’ordre de grandeur. Aucune ne constitue une vérité de terrain absolue. Et la marge de 2,5 mm n’est pas négligeable face à des amplitudes de 3 à 6 mm : elle borne ce qui est établi. Le résultat est un accord entre méthodes, pas une mesure absolue.

Du repère terrestre à la hauteur des océans

Ce débat de millimètres serait une curiosité si le centre de masse ne servait pas d’origine à tout le reste. Toute position GPS de précision et toute orbite de satellite s’expriment dans un repère commun : le repère terrestre international, ou ITRF. Selon la page de l’IGN consacrée à la solution ITRF2020, celle-ci combine quatre techniques : l’interférométrie à très longue base sur des radiosources (VLBI, données de 1980 à 2021), la télémétrie laser (1983-2021), les systèmes de navigation par satellite (GNSS, 1994-2021) et le système DORIS (1993-2021).

L’origine du repère, elle, est rattachée au centre de masse par la télémétrie laser : ITRF2020 aligne son origine sur le repère long terme de la télémétrie laser, avec une translation nulle à l’époque 2015,0 et une vitesse de translation nulle sur 1993-2021. La solution estime aussi des signaux annuels et semi-annuels, et publie un modèle saisonnier du géocentre à l’usage des utilisateurs. L’article de Yu et de ses coauteurs le rappelle : le mouvement du géocentre est nécessaire pour relier l’origine de l’ITRF au centre de masse moyen.

La chaîne de conséquences passe par les satellites altimétriques. Depuis TOPEX/Poseidon en 1992 jusqu’à Sentinel-6 Michael Freilich en 2020, ces satellites mesurent la hauteur de la mer en calculant leur propre altitude, par rapport au centre de masse, puis la distance qui les sépare de l’eau. Une erreur dans la façon dont le repère suit le centre de masse se retrouve dans l’orbite calculée, donc dans la hauteur de mer. Une erreur le long de l’axe nord-sud a une particularité : elle ne biaise pas les deux hémisphères de la même façon.

Prandi et ses coauteurs, dans une étude publiée en janvier 2021 dans Scientific Data sur les tendances locales du niveau marin entre 1993 et 2019, décrivent ce mécanisme. Selon eux, la dérive des orbites en altimétrie vient essentiellement de la dérive de la réalisation du repère terrestre international et du champ de gravité variable utilisé. Ils retiennent une erreur de dérive d’orbite de ±0,33 mm par an (à un écart-type), et une incertitude des tendances locales du niveau marin comprise entre 0,78 et 1,22 mm par an, de 0,83 mm par an en moyenne.

Ces valeurs se comparent aux millimètres du géocentre. Selon une analyse de la NASA publiée en mars 2025, le niveau moyen des mers a monté de 10 cm depuis 1993, et de 0,59 cm en 2024, contre 0,43 cm attendus. La hausse d’une année se compte donc en millimètres : environ 6 mm en 2024, un peu plus de 3 mm par an en moyenne depuis 1993. Une oscillation annuelle estimée entre 4 et 11 mm selon les solutions se situe dans le même ordre de grandeur. Elle ne s’ajoute pas à la tendance, puisqu’elle revient à son point de départ chaque année ; mais une erreur dans sa modélisation passe dans les orbites, donc dans la mer mesurée.

Une précision s’impose. L’oscillation décrite par l’étude est un cycle saisonnier : elle revient chaque année, avec les neiges et les pluies. Elle n’est pas une tendance, et aucune des sources ne la relie au changement climatique. La révision porte sur la manière de l’estimer et de la modéliser dans le repère. C’est cette modélisation qui compte pour la mesure du niveau marin, dont la hausse, elle, est une tendance mesurée par ailleurs. Pour aller plus loin sur ce dernier point, voir les causes de la montée des eaux.

Au millimètre, pour quels usages

Le communiqué de la NASA cite Felix Landerer, chercheur au JPL et coauteur de l’étude, qui relie ces mesures à l’amélioration des systèmes de référence utilisés en cartographie et en navigation, de la logistique maritime à l’agriculture de précision. La mention de la navigation appelle une mise à l’échelle.

Pour un utilisateur de smartphone, quelques millimètres sont invisibles. Le positionnement grand public se joue au mètre : un écart mille fois plus petit se perd dans les autres sources d’erreur. Rien dans l’étude n’indique que la localisation d’un téléphone ou d’une voiture sera améliorée de façon perceptible.

L’enjeu concerne les usages où le millimètre compte, et surtout ceux qui s’accumulent dans le temps. La géodésie de précision, qui suit l’affaissement ou le soulèvement des sols, travaille à cette échelle. Les séries longues du niveau marin aussi, puisqu’une petite erreur de repère répétée pendant trente ans pèse sur la tendance calculée. Les repères de cartographie, enfin, héritent de l’origine de l’ITRF. C’est là que la révision a une portée.

Le même type de redistribution de masse se retrouve dans d’autres dossiers. La glace perdue par le Groenland rejoint l’océan comme la neige boréale au printemps, à une autre échelle de temps : voir la perte de glace du Groenland. Et les satellites qui suivent ces transferts observent aussi les surfaces d’eau à des échelles plus locales, comme le montrent les marées vues par satellite.

Les grandes masses saisonnières en un tableau

Le tableau suivant rassemble les réservoirs saisonniers décrits par la publication et par le communiqué de la NASA. Les déplacements indiqués sont ceux du communiqué, par réservoir et par mois.

Ces effets par réservoir ne s’additionnent pas pour donner l’oscillation annuelle. L’étude mesure celle-ci autrement, par axe et en crête à crête : 4,2 mm le long de l’axe de rotation, 6,0 mm le long de l’axe Y, 3,2 mm le long de l’axe X. Ces trois valeurs sont le résultat. Les masses du tableau en sont les causes. Reste à savoir si les prochaines solutions du repère terrestre intégreront la correction station par station qui a permis de les obtenir.

Questions fréquentes sur le centre de masse de la Terre

Le centre de masse de la Terre se déplace-t-il vraiment dans l’espace ?

Non. Le centre de masse du système Terre complet, eau et air compris, reste le point autour duquel orbitent les satellites. Ce qui oscille, de quelques millimètres au fil de l’année, c’est la position de la surface solide par rapport à ce point, parce que de l’eau et de l’air changent de place à la surface. Il ne s’agit ni d’un changement d’orbite ni d’un basculement de l’axe de la Terre.

Pourquoi l’effet ne dépasse-t-il pas quelques millimètres ?

Parce que l’eau déplacée est une fraction infime de la masse terrestre. Les 2 400 gigatonnes d’eau amazonienne représentent environ 4 dix-milliardièmes de la masse de la Terre. Un calcul d’ordre de grandeur, qui n’est pas tiré de l’étude, donne un plafond d’environ 2,6 mm dans le cas le plus simple, du même ordre que les 2,2 mm annoncés par la NASA.

Quelles saisons déplacent le plus le centre de masse ?

Selon le communiqué de la NASA, la neige boréale décale le centre de masse d’environ 3 mm vers le pôle Nord en mars, l’eau amazonienne de 2,2 mm vers l’Amérique du Sud en avril, et les océans le déplacent vers le Pacifique Sud d’août à octobre. L’eau de mousson d’Asie du Sud-Est contribue aussi, avec un maximum que l’étude situe en septembre et le communiqué en novembre, de même que l’air froid d’hiver.

Comment des satellites peuvent-ils mesurer ce déplacement ?

Les satellites tournent autour du centre de masse, tandis que les stations au sol sont fixées à la croûte. Mesurer la distance entre les deux, par exemple par télémétrie laser sur LAGEOS, relie donc les deux centres. La difficulté est de retirer l’affaissement élastique de la croûte sous le poids de l’eau, qui emporte les stations.

Que veut dire une oscillation estimée à la moitié de ce qu’on croyait ?

La révision, formulée par Donald Argus (JPL) dans le communiqué de la NASA, porte sur l’amplitude estimée de l’oscillation annuelle, surtout le long de l’axe de rotation : 11 mm dans ITRF2008 et ITRF2014, 5,5 mm dans ITRF2020, environ 4 mm selon l’étude et GRACE. C’est l’estimation qui change, pas la planète.

Ce phénomène est-il lié au changement climatique ?

Aucune des sources ne l’établit. L’oscillation est un cycle saisonnier qui revient chaque année avec les neiges et les pluies. La révision publiée en septembre 2026 porte sur la façon de l’estimer, pas sur une évolution du phénomène.

Le GPS de votre téléphone est-il concerné ?

Non de façon perceptible. Le positionnement grand public se joue au mètre, et l’écart en jeu se compte en millimètres. L’enjeu concerne le repère terrestre international, dont dépendent la géodésie de précision, les orbites des satellites altimétriques et donc la mesure du niveau des mers sur le long terme.