Sur Terre, la hauteur des reliefs s’évalue par rapport au niveau de la mer. Mais comment fait-on pour les planètes et les lunes qui n’ont pas d’océans ? Comment mesurer l’altitude des montagnes et la profondeur des cratères ? Il est nécessaire d’établir une surface de référence.

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    Pour commencer, on peut tout simplement mesurer les montagnes depuis leur base. Sinon, une première possibilité pour établir un niveau de référence consiste à imaginer que la planète en question possède des océans d'eau liquide et à déterminer le niveau marin fictif dans ce cas. Cette méthode était utilisée pour mesurer l'altitude sur Mars jusqu'en 2001.

    Ainsi, le niveau zéro correspondait par convention aux points pour lesquels la pression atmosphériquepression atmosphérique est égale à 610,5 Pa. Cette isobareisobare représente le point triple de l'eau sur Mars, c'est-à-dire qu'en dessous de cette pression, l'eau liquide, donc un océan, n'a aucune chance d'exister sur la planète rouge. Cependant, cette méthode s'est avérée trop imprécise et a été remplacée.

    Par rapport au géoïde martien, Olympus Mons, détenteur du titre de plus haut volcan du système solaire, culmine à 21,2 km. Mais il s’élève à 22,5 km au-dessus des plaines environnantes, plus basses que le niveau de référence. La précédente convention, basée sur l’isobare, surestimait l’altitude d’Olympus Mons de 6 km environ. © Nasa, JPL-CalTech
    Par rapport au géoïde martien, Olympus Mons, détenteur du titre de plus haut volcan du système solaire, culmine à 21,2 km. Mais il s’élève à 22,5 km au-dessus des plaines environnantes, plus basses que le niveau de référence. La précédente convention, basée sur l’isobare, surestimait l’altitude d’Olympus Mons de 6 km environ. © Nasa, JPL-CalTech

    Le géoïde caractérise le niveau zéro

    L'autre possibilité, bien meilleure, consiste à approximer la surface de la planète par un modèle. Par exemple, pour la Terre, on peut utiliser un ellipsoïde de référence ou un géoïdegéoïde. Ce dernier est plus précis que l'ellipsoïde et se définit comme la surface équipotentielle du champ de pesanteur. Il est déformé par la répartition irrégulière des masses à l'intérieur de la Terre (zones plus ou moins denses du manteaumanteau) et en surface (montagnes, creux). Il correspond au niveau moyen des océans si ceux-ci n'étaient soumis qu'à la pesanteur et à la rotation de la Terre.

    Depuis 2001, l'équivalent du géoïde sert de nouvelle convention sur Mars : le niveau zéro martien est donc défini par la surface équipotentielle du champ de pesanteur. Il a été déterminé grâce aux données acquises par l'altimètre laser embarqué sur la sonde Mars Global Surveyor (1997-2006). Sa valeur moyenne à l'équateuréquateur est égale au rayon moyen de la planète, soit 3.396 km depuis le centre de la planète.

    Sur VénusVénus et la Lune, le niveau zéro de référence correspond tout simplement au rayon moyen, car ces corps célestes sont suffisamment sphériques pour être approximés par une sphère.