Le Système géodésique de référence altimétrique de 1928 (CGVD28) utilise comme surface de référence le niveau moyen de la mer (NMM) tel que mesuré vers 1928 à l'emplacement de cinq marégraphes : trois sur la côte Est à Pointe-au-Père, Halifax et Yarmouth, et deux sur la côte Ouest à Vancouver et Prince Rupert.  Le CGVD28 ne représente pas une surface équipotentielle (de niveau) parce que les niveaux moyens de l'eau en chacun de ces marégraphes ne se situent pas à la même altitude.   On illustre à la Figure 1.1 [JPEG, 140.0 ko, 1244 X 930, avis] la relation entre le CGVD28, des surfaces équipotentielles et les niveaux moyens de la mer.

Pour le nouveau référentiel altimétrique, la surface de référence est la surface équipotentielle (de niveau) (W₀) qui coïncide étroitement avec le niveau moyen de l'eau du fleuve Saint-Laurent tel qu'observé au cours des dix-neuf (19) dernières années au marégraphe (no 2985) à Rimouski (Québec). Il s'agit fondamentalement du même système de référence que le Système de référence altimétrique nord-américain de 1988 (NAVD88) adopté par les États-Unis d'Amérique (É.-U.) en 1995 comme surface de référence pour l'altitude. Cependant, le NAVD88 et le nouveau référentiel altimétrique du Canada sont matérialisés de manières différentes. Le NAVD88 est matérialisé d'après des observations de nivellement au niveau à bulle alors que le nouveau référentiel altimétrique du Canada sera matérialisé par modélisation de la surface équipotentielle basée sur des mesures gravimétriques (modélisation du géoïde). Même si ces deux méthodes sont indépendantes l'une de l'autre, les deux référentiels correspondraient à la même surface si les matérialisations s'effectuaient sans erreur.

La Figure 2.1 [JPEG, 194.5 ko, 1142 X 850, avis] illustre la différence entre le NAVD88 et le CGG2005 au Canada. Le CGG2005 est le plus récent modèle gravimétrique du géoïde pour le Canada. Ses composantes de longue longueur d'onde (plus de 450 km) sont déterminées d'après des mesures effectuées dans le cadre de la mission satellite gravimétrique GRACE. Les erreurs estimées de détermination du géoïde d'après les données GRACE sont inférieures à cinq cm. Ainsi, l'importante inclinaison est-ouest observée est principalement attribuable à des erreurs systématiques dans les observations de nivellement.

La surface équipotentielle utilisée pour le nouveau référentiel altimétrique du Canada est initialement déterminée d'après l'information sur les marées recueillie aux marégraphes installés à  Rimouski (no 2985) et à Pointe-au-Père (no 2980), ainsi que d'après des observations GPS et de nivellement effectuées en huit stations dans les environs.  À la Figure 2.2 [JPEG, 106.9 ko, 1263 X 815, avis] on montre les emplacements des marégraphes et des stations de contrôle. Le marégraphe de Pointe-au-Père a été exploité de 1897 à 1983 avant d'être déménagé à Rimouski.  Le marégraphe à Rimouski est exploité depuis 1984.

L'information sur les marées est disponible au Service des données sur le milieu marin (SDMM), de Pêches et Océans Canada. Ces données permettent la détermination du niveau moyen de l'eau (NME) au-dessus du zéro des cartes (ZC).  L'écart entre le zéro des cartes et le niveau moyen de l'eau est représenté par Z₀. Cet écart est estimé en calculant la moyenne des valeurs mensuelles de Z₀ au cours des dix-neuf (19) dernières années. Cette information est résumée au tableau 1.

De plus, les altitudes des repères de référence à l'emplacement des marégraphes sont également connues par rapport au zéro des cartes (H_ZC).  Cette information est également disponible au SDMM. Il est ainsi possible de déterminer l'altitude des repères de référence au-dessus du niveau moyen de l'eau (H_NME):

H_NME = H_ZC – Z₀.

Les altitudes au-dessus du niveau moyen de l'eau (H_NME) des repères de référence sont indiquées au tableau 2. Aux stations 9929000, 78K066 et 70L600 les mesures sont effectuées par rapport au marégraphe no 2980 à Pointe-au-Père alors qu'aux stations 7629325, 9422901 et 94L4060 les mesures sont effectuées par rapport au marégraphe no 2985 à Rimouski.

En octobre 2006, des mesures GPS et de nivellement ont été effectuées en quatre de ces stations de référence. Les quatre autres stations ayant fait l'objet de mesures GPS et de nivellement sont des repères de nivellement (stations de contrôle altimétrique). Les stations du tableau 2 dont l'indicatif se termine par un «X» sont des repères excentriques temporaires aux repères de nivellement qui portent le même indicatif (sans le «X»). Les observations GPS ne pouvaient être effectuées directement à l'emplacement de ces repères de nivellement. Les altitudes ellipsoïdales en chacune de ces stations ont été traitées avec exactitude suivant le cadre de référence ITRF00.  Ces altitudes ellipsoïdales sont d'une exactitude (σ_h) approximative de 3 mm. Les données de nivellement de premier ordre en ces huit stations ont été soumises à une compensation avec contrainte au nombre géopotentiel à la station 94L4060, qui est située à côté du marégraphe no 2985 à Rimouski.  Ce nombre géopotentiel (C) a été déterminé d'après l'altitude de la station au-dessus du niveau moyen de l'eau :

C_94L4060 = H_NME· g = 4,0569 m² s^-2,

où g est la pesanteur moyenne mesurée entre la topographie et le géoïde le long du fil à plomb, c.-à-d. au niveau moyen de l'eau à la surface de la Terre. Les altitudes dérivées de cette compensation locale sont celles figurant dans la colonne intitulée H₂₀₀₆ du tableau 2.  La précision relative des altitudes orthométriques (σ_ΔH) est supérieur à un cm. Les altitudes ellipsoïdales et les altitudes orthométriques de ces stations sont résumées au tableau 2 dans lequel on fournit également à titre de référence les altitudes publiées suivant le CGGVD28 et suivant le NAVD88.

Enfin, l'ondulation du géoïde (N) en ces huit stations est déterminée comme suit d'après les altitudes GPS au-dessus de l'ellipsoïde (h_ITRF00) et les altitudes orthométriques mesurées par nivellement (H₂₀₀₆) :

N_{GPS/nivellement} = h_ITRF00 – H₂₀₀₆

L'ondulation du géoïde ainsi déterminée en ces huit stations est comparée à celle déterminée d'après le modèle du géoïde. Dans ce cas, à titre d'exemple, nous utilisons le modèle du géoïde CGG2005 en attendant le modèle qui intègrera les données gravimétriques de la mission satellite GOCE (lancement prévu en mai 2008). L'écart moyen (ε) entre les deux jeux d'ondulations du géoïde est le biais à appliquer aux ondulations du géoïde CGG2005 dans la région de Rimouski afin de représenter les véritables ondulations du géoïde pour le nouveau référentiel : 

ε_i = N_{GPS/nivellement} – N_CGG2005.

Ces écarts moyens permettront en outre l'estimation de la valeur du potentiel du nouveau référentiel altimétrique :

W_Rimouski = W_CGG2005 – ε_i·γ_φ

où W_Rimouski est le potentiel au niveau moyen de l'eau aux marégraphes de Rimouski et de Pointe-au-Père, γ_φ est la pesanteur normale sur l'ellipsoïde à la latitude géodésique φ, et W_CGG2005 (62636856,88 ± 0,5 m² s^-2) est la valeur du potentiel utilisée pour le calcul du modèle CGG2005 du géoïde. Le potentiel estimé d'après le modèle CGG2005 du géoïde au niveau moyen de l'eau à Rimouski est indiqué au tableau 3. Cette valeur moyenne du géopotentiel n'est pas celle définissant le référentiel altimétrique. Le référentiel altimétrique est défini d'après le niveau moyen de l'eau à Rimouski calculé avec les données des dix-neuf dernières années [c.-à-d de 1987 à 2006]. La valeur du potentiel utilisée pour le géoïde peut changer lors de chaque matérialisation du référentiel altimétrique en raison d'erreurs d'estimation du potentiel au niveau moyen de la mer à l'échelle planétaire et d'erreurs dans la matérialisation du modèle du géoïde pour le Canada.

La Station 9929000 [JPEG, 1.2 Mo, 2592 X 1944, avis], qui est le pilier du RBC à Pointe-au-Père, deviendra la station de référence pour le système canadien de référence altimétrique. Sa stabilité sera confirmée localement d'après des observations de nivellement par rapport aux repères de nivellement à proximité et d'après des observations GPS par rapport aux stations avoisinantes du RBC. La station 9929000 site de contrôle actif, c.-à-d. qu'elle est dotée d'un récepteur GPS permanent qui capte en continu les signaux GPS, ce qui permettra une surveillance ininterrompue du système de référence altimétrique canadien.

La station 9929000 devrait s'avérer d'une grande stabilité. Elle se situe à proximité de la charnière du relèvement post-glaciaire (courbe isométrique de cote zéro). Ainsi, l'altitude ellipsoïdale devrait rester assez constante au fil des ans. Un modèle du relèvement post-glaciaire pour l'Amérique du Nord est présenté à la Figure 2.3 [JPEG, 241.9 ko, 2200 X 1699, avis].