"Toute la question de la forme de la Terre est fondée sur la loi selon laquelle la source de pesanteur agit" écrivait déjà Alexis Clairaut en 1746. Cette forme gravifique n'était pourtant qu'appréhendée en sphère aplatie au XVIII^ème siècle. Sa représentation est donnée par la surface de l'océan global (idéalement au repos), qui constitue une équipotentielle de pesanteur, c'est-à-dire une surface où l'eau est en équilibre gravitationnel et n'a de raison de s'écouler dans un sens ou un autre. Cette surface équipotentielle qui épouse donc la forme d'une sphère (de 6370 km de rayon moyen) aplatie aux pôles (d'environ 21 km) a pris le nom de géoïde au XIX^ème siècle. Ce géoïde se prolonge naturellement sous les continents, définissant ainsi le niveau zéro des altitudes.
On sait aujourd'hui que la forme ellipsoïdale est irrégulière et présente des écarts jusqu'à 100 m formant des creux et des bosses qui révèlent les hétérogénéités de densité de matière à l'intérieur de la Terre.
Mais dès les années 60, la mesure et la modélisation du géoïde sont devenus également un enjeu spatial dans la mesure où les trajectoires des satellites sont déviées (on dit perturbées) par ces hétérogénéités selon la loi de la gravitation. Ce handicap pour la modélisation des orbites s'est rapidement transformé en avantage pour les géodésiens. L'analyse des trajectoires à l'aide de systèmes de suivi (optique, doppler ou laser) leur a permis décennie après décennie de préciser ces creux et ces bosses. Depuis 1974, les équipes nationales du GRGS (Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale) se sont lancés dans cette modélisation globale du champ de gravité de la Terre. A l'époque, la précision était métrique, mais aujourd'hui elle est devenue telle que les variations temporelles de quelques millimètres du géoïde global deviennent détectables depuis l'espace. Cette performance résulte de la programmation par des agences spatiales de trois missions satellitales successives en cette première décennie du XXI^ème siècle pour dévoiler les irrégularités du géoïde et ses variations.

La première de ces missions a été décidée par l'agence spatiale allemande (DLR) sur proposition du centre de recherche de Potsdam (GFZ). Le satellite CHAMP (CHAllenging Mini-satellite Payload for geophysical research and application) a été lancé le 15 juillet 2000 depuis la base russe de Plesetsk sur une orbite quasi polaire à 450 km d'altitude avec comme objectif, entre autre, la détermination du géoïde à une précision de 10 cm aux grandes échelles spatiales (jusqu'à 400 km de résolution). Ce gain d'un facteur dix par rapport aux missions précédentes résulte de la combinaison de trois caractéristiques nouvelles : une orbite relativement basse, un suivi continu de l'orbite (et donc des perturbations) grâce au système GPS, la mesure in situ des forces de surface à une précision de quelques 10^-9 m/s² à l'aide du micro-accéléromètre STAR (de l'ONERA), contribution du CNES à la mission. Cet objectif a été atteint au bout de trois ans de mission à travers les modèles EIGEN de géoïde produits en coopération entre le CNES/GRGS et le GFZ (GeoForschungsZentrum Potsdam).

Dans la foulée de CHAMP, la seconde mission : GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) programmée en coopération NASA/DLR, a inauguré une nouvelle technique de mesure inter-satellites et ouvert la voie à la "surveillance gravitationnelle" de la planète. Outre une connaissance accrue de la forme du géoïde (jusqu'à 200 km de résolution), l'objectif de cette mission est de détecter mensuellement les variations temporelles de la gravité, notamment dues aux variations hydrologiques encore mal connues globalement. Les deux satellites jumeaux : GRACE-A et GRACE-B (appelés également Tom et Jerry), ont été lancés le 16 mars 2002 depuis la base de Plesetsk. Chacun d'eux possède des caractéristiques identiques à CHAMP, voire améliorées. Mais surtout, placés à distance (d'environ 200 km) sur des orbites circulaires, polaires, à 480 km d'altitude, ils s'envoient l'un vers l'autre des trains d'ondes électromagnétiques qui, combinés, nous renseignent sur les perturbations relatives d'orbite des deux satellites à une précision micrométrique. Grâce à cette mesure inter-satellites, le géoïde est maintenant connu au centimètre près à l'échelle spatiale de 200 km et surtout, les cartes mensuelles ou décadaires du géoïde permettent de suivre depuis quatre ans les évolutions des masses d'eau, de neige ou de glace, voire même les déformations dues aux grands tremblements de Terre (comme celui de décembre 2004 à Sumatra), certes à une échelle encore restreinte à 600 km. Mais ce constat des mouvements de masse sur notre planète devrait encore s'affiner, car il est prévu que la mission se poursuive jusqu'à la fin de la décennie. Les modèles décadaires produits par l'Equipe de Géodésie Spatiale du CNES sont notamment disponibles sur le site web du BGI (Bureau Gravimétrique International).

La trilogie gravitationnelle de la décennie se conclura avec la mission GOCE (Gravity field and steady state Ocean Circulation Explorer mission) de l'ESA. Son lancement est prévu dorénavant pour fin 2007 sur une orbite héliosynchrone encore plus basse (vers 250 km d'altitude). Cette exigence d'altitude est liée à la sensibilité de l'instrument principal embarqué : un gradiomètre, qui mesurera à bord l'attraction gravitationnelle enregistrée par six accéléromètres placés à quelque 50 cm de distance les uns des autres. Les infimes différences entre les accélérations relatives (à la précision de 10^-12 m/s²) seront rassemblées en un tenseur du gradient de gravité qui fournira l'information à courte longueur d'onde sur le champ de gravité. La précision du centimètre sur le géoïde sera alors atteinte à une résolution encore divisée par deux, soit à 100 km. Cette mission sera plus courte (de l'ordre de 18 mois) du fait que l'altitude basse nécessite un système de propulsion pour compenser la traînée atmosphérique, système nécessaire par ailleurs pour que les accéléromètres ne saturent pas. C'est pourquoi la période optimale de mission doit coïncider avec une période d'activité solaire faible (2007-2008) pendant laquelle la traînée atmosphérique est minimale. En France, l'Equipe de Géodésie Spatiale du CNES a la responsabilité partagée de la modélisation du géoïde à haute résolution au sein du consortium EGGc (European GOCE Gravity consortium) de l'ESA et un bureau national de coordination des utilisateurs : FROG (French Resources Organization for GOCE) a été créé.

Ainsi, la décennie s'achèvera sur un progrès notable déjà bien dessiné. D'une part la démonstration par GRACE a été faite que l'auscultation spatiale gravitationnelle de la planète s'avère pertinente pour suivre les phénomènes hydrologiques à grande échelle ainsi que les évolutions glaciologiques et d'autre part la connaissance du géoïde aura progressé d'un facteur mille en dix ans et ouvert de nouveaux horizons pour les besoins de l'océanographie, de la géophysique et de la géodésie.