Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Géodésie satellitaire“

Afin d'exploiter les nombreuses informations contenues dans les calottes polaires, archives glaciaires de la terre et temoin de l'evolution climatique, les modeles ont besoin de nombreuses donnees a echelle globale. L'objectif principal de ce travail est l'apport d'une topographie fine, issue de l'altimetrie spatiale, aux problemes de datation et d'evolution. Au niveau de la glaciologie, il s'agit de distinguer ces taches, au niveau de l'altimetrie, de tirer profit d'un instrument concu pour l'ocean, notamment en comprenant ses limites et les erreurs specifiques a notre thematique. Nous montrons que, par le choix d'une methode appropriee et specialement adaptee, une precision submetrique est accessible, permettant de remplir les objectifs. Par ailleurs, afin de s'assurer de la nature exacte de la reflexion, (un echo de volume pouvant fausser l'interpretation de la hauteur altimetrique), nous sommes amenes a etudier l'intensite du signal reemis par la surface. Nous montrons alors que ce parametre est tres fortement correle aux vents catabatiques et en constitue une mesure, utile pour les meteorologues, pour l'etude des transports de neige ou pour l'interpretation d'autres capteurs. Enfin, cette etude, doublee d'une etude comparative altimetre-diffusiometre et altimetre-radiometre nous assure que dans plus de la moitie des cas, le signal altimetrique est domine par un echo de surface; la hauteur altimetrique correspond bien a l'altitude de la calotte, la precision obtenue lors de la construction de carte est donc tres encourageante quant aux objectifs a atteindre

Depuis les années 1990, l' altimétrie par satellites est entrée dans une phase opérationnelle, grâce à la couverture exceptionnelle procurée par la combinaison de plusieurs missions (TOPEX/POSEIDON, ERS-1/2, Jason-l , ENVISAT, GFO). Ces missions contribuent entre autres à l'étude des marées, de la circulation océanique et du climat global. Ainsi, l'altimétrie spatiale, au moyen d'un radar embarqué sur un satellite, permet de cartographier directement les hauteurs de la surface de la mer d'une manière continue et d'étudier la surface océanique moyenne et aussi le géoïde. Il s'agit dans cette étude de calculer un géoïde local en mer Égée en Méditerranée par l'analyse des mesures altimétriques du satellite Jason-l et du positionnement précis de marégraphes au sol. Une correction d'orbite des données altimétriques et une interpolation sur une grille régulière sont appliquées. La méthode d'interpolation spatiale du krigeage est utilisée pour le calcul du modèle du géoïde sur une grille régulière de la zone d 'étude. La validation externe du modèle s'appuie sur la comparaison avec des données in situ de marégraphe et des modèles existants tels que l'EGM 96.

La technique spatiale gps (global positioning system) est aujourd'hui l'outil privilegier pour se positionner avec une grande precision (millimetrique a centimetrique sur des distances de plusieurs milliers de kilometres). Cet outil est fondamental aussi bien pour les milieux industriels (grands chantiers, auscultations d'ouvrages d'art) que pour les sciences de la terre (surveillance des risques naturels et quantification des mouvements tectoniques). La composante altimetrique de la mesure gps pose deux problemes particuliers. D'une part, la precision relative de cette composane (denivele) est de deux a dix fois plus faible que celles des composantes planimetriques, et d'autre part, le passage du referentiel gps aux referentiels classiquement utilises pour les altitudes (le geoide) necessite la connaissance precise des hauteurs qui les separent. Apres un bref rappel des fondements theoriques de la technique gps, la premiere partie de notre etude fait le bilan des differentes sources d'erreur affectant les mesures gps differentielles. Dans la seconde partie, nous analysons comment la partie electriquement neutre de l'atmosphere, et plus particulierement la partie humide, retarde la propagation du signal gps. Le delai tropospherique sur le signal est estime par des mesures radiometriques ou indirectement par inversion des donnees gps. Les resultats de deux campagnes de mesures couplees gps/radiometrie realisees sur la ligne de base de 1390 m de denivele, illustrent l'apport des corrections tropospheriques sur la precisions des altitudes relatives. Dans la troisieme partie de cette etude, nous montrons en quoi les altitudes gps obtenues sur des points niveles sont efficaces pour l'estimation precise des surfaces geoidales. Cette methode et celle utilisant les donnees de pesanteur sont appliquees a la technique dite de retrait et restauration, dans le cas critique des regions montagneuses, sur l'exemple des pyrenees orientales.

Cette thèse présente des observations GNSS dans l'Ouest et le Nord-Est Vénézuélien, et Trinidad utilisées pour contraindre la géodynamique de la zone d'étude et la cinématique des principales failles dans cette frontière des plaques. Je présente un travail intégral de conception, installations d'un réseau géodésique dans l'ouest du Venezuela et deux campagnes d'acquisition des données GNSS. Dans le Nord-Est Vénézuélien, une campagne d'acquisition des données a été réalisée avec la réoccupation des repères installés et mesurés depuis 2003. Lors du traitement des données, j'ai inclus l'ensemble des campagnes antérieures disponibles et les données des stations GNSS permanentes de la région. Les vitesses observées dans l'Ouest Vénézuélien correspondent bien avec le mouvement des plaques Caraïbes et Sud Amérique. Cependant, le lent taux de déplacement des failles principales et le court intervalle de temps entre les observations n'a pas permis d'obtenir un champ des vitesses avec suffisamment de précision. Au contraire, les observations épisodiques réalisées sur dix ans dans le Nord-Est du Venezuela ont permis contraindre la cinématique de la faille d'El Pilar (EPF). Dans cette région, nous avons étudié les effets de la variation des propriétés élastiques sur la faille et de part et d'autre de celle-ci. Le champ de vitesses asymétrique obtenu sur les deux côtés de la faille a été simulé avec cinq approches. Un premier modèle simple dans un demi-espace homogène montre une profondeur de blocage de 1,8 km. À l'aide d'un modèle hétérogène en considérant des contrastes entre les propriétés du matériel de part et d'autre de l'EPF, nous avons montré une profondeur de blocage de 3 km et un coefficient de rigidité de 0,37. Cette dernière valeur indique que le côté nord à l'EPF composé de roches ignées et métamorphiques présente une rigidité ~1,7 fois supérieure au côté sud composé de formations sédimentaires. À partir d'un modèle tridimensionnel élastostatique, la présence d'une zone de compliance a été suggérée. Cette zone proche de la faille caractérisée par une faible rigidité serait présente de la surface à 3 km de profondeur et présenterait une largeur de 1 à 5 km et une réduction de rigidité de 30%. La simulation des vélocités avec un modèle de distribution du glissement le long du plan de faille montre la présence de glissements asismiques dans toute la partie supérieure du segment Ouest tandis que la partie supérieure du segment Est se montre partialement bloquée, ce secteur partiellement bloqué correspondrait à la rupture en surface des séismes de 1797 et 1929. En se basant sur la combinaison des vélocités obtenues par comparaison GPS/GPS et triangulation/GPS nous avons étudié la cinématique des failles principales de Trinidad. Le champ de vitesses de part et d'autre de la faille de la cordillère centrale de Trinidad (CRF) indique une asymétrie du gradient de vitesse de part et d'autre de la faille. Le modèle simple de déformation interseismique montre une profondeur de blocage de 10 km et le modèle hétérogène asymétrique suggère une profondeur de blocage de 2,5 km avec un coefficient de rigidité de 0,20 %, qui suggère une rigidité trois fois supérieure du côté nord par rapport au côté sud. La simulation du glissement le long des failles de Trinidad montre un glissement asismique atteignant 12 mm/an le long de la partie supérieure de la CRF et de sa prolongation en mer la Warm Spring Fault. Ce comportement change vers le nord-est avec une diminution importante du creep le long de la partie supérieure de la faille. La prolongation de l'EPF se montre inactive à Trinidad. L'existence d'un creep important le long des failles d'El Pilar et de la faille de la cordillère centrale de Trinidad pourrait expliquer le bas niveau de sismicité instrumentale, historique et préhistorique de ces accidents qui localisent pourtant un coulissement de 20mm/an. L'existence de ce creep induirait une réduction de l'aléa sismique de moitié
The Caribbean-South American plate boundary is described as a wide active transpresional zone. This dissertation presents GNSS observations in Western and Northeastern Venezuela, and Trinidad used to constrain the geodynamic of the region and the kinematic of the principal faults along this plate boundary. Here, a whole work of conception, installation of network and measurements with two campaigns of GNSS observations in Western Venezuela is presented. In the case of Northeastern Venezuela, a GNSS data acquisition campaign was carried out measuring pre-existing sites installed and occupied since 2003 by FUNVISIS and University of Savoie team. The data processing for these sites includes data from previous acquisition campaigns and permanent GNSS stations. In Western Venezuela, observed velocities correspond roughly with the motion of Caribbean and South American plates. Nonetheless, the slow rate of fault-slip of main faults and the short span between the data acquisition campaigns in Western Venezuela do not allow assess the velocity field with sufficient accuracy. In northeastern Venezuela, I focused on the effects of variable elastic properties of the El Pilar Fault (EPF) and surrounding medium on inferred slip rates and locking depths. The asymmetric velocity field on both sides of EPF have been evaluated with five approaches. In a first step, a simple elastic half-space model was applied showing a 1.8 km locking depth. Next, a model considering contrast of material properties across the EPF depicts out 3 km locking depth and a 0.37 asymmetric coefficient indicating that the igneous-metamorphic northern side has a rigidity ~1.7 times higher than the sedimentary southern side. From a three-dimensional elastostatic model, the presence of a near-fault low-rigidity compliant zone has been evaluated suggesting a zone in the upper 3 km in depth and going from 1 to 5 km width with a 30 per cent of rigidity reduction. The creep associated to the shallow locking depth was clearly shown with the slip distribution model and the displacement simulation method. The results show a widespread partially-creep pattern in the eastern upper segment, while the upper western segment exhibits a partially locked area which coincides with the rupture surface of 1797 and 1929 earthquakes. From the compilation of GNSS observations and triangulation-to-GPS comparison of previous studies, the kinematic of main faults in Trinidad has been studied. The velocity field across the Central Range Fault (CRF) points out an asymmetry of velocity gradient on both sides. The heterogeneous asymmetric model point out a 2.5 km locking depth with a 0.20 asymmetric coefficient indicating that the northern side has a rigidity ~3.3 times higher to the southern side. Similar approaches have been applied to the EPF extension in Trinidad. The creep in the upper part of CRF as response to the shallow locking depth was quantified using a slip distribution model. A creep of 12 mm/yr was calculated in the southwestern onshore portion of the CRF and the Warm Springs Fault, nevertheless, this behavior changes northeastward where the CRF show a significant decrease of slip in the upper part. The slip along the EPF prolongation appears locked along its upper and lower part in the onshore portion demonstrating that this segment section is not needed to simulate observed velocities and is inactive. Furthermore, the Los Bajos Fault is shown with a slip of 7 mm/yr in the segment upon which the EPF in Venezuela transfers its slip eastward and that act as a synthetic Riedel shears. The localized aseismic displacement pattern associated with creeping or partially creeping fault segments could explain the low level of historical seismicity in the Northeastern Venezuela and Trinidad. The EPF in Venezuela and the CRF accommodate between 50-60% of the plate boundary zone motion that point out a reduction of the seismic hazard almost by half

Les techniques de télédétection spatiale constituent un apport majeur pour l'étude des variations de masses d'eau dans les grands bassins fluviaux, en permettant un suivi homogène de ces fluctuations dans l'espace et dans le temps. L'objectif de cette thèse a été de développer de nouvelles applications hydrologiques au moyen des mesures spatiales acquises par différents types de mission satellitaire : altimétrie radar, imagerie satellitaire, gravimétrie spatiale. L'altimétrie spatiale offre la possibilité d'étudier les variations de niveau d'eau des grands fleuves, des lacs et des zones d'inondation, garantissant ainsi une surveillance continue et globale des eaux de surface. Elle donne aussi accès à des produits hydrologiques nouveaux comme le profil hydrologique ou la pente des fleuves. Elle permet en outre de définir des réseaux limnimétriques nivelés, dont les stations peuvent être définis tant sur les fleuves que sur les zones d'inondation, complémentaires des réseaux in-situ. Combinée à l'imagerie spatiale, l'altimétrie satellitaire a été utilisée pour déterminer les variations de volume d'eau dans les grands bassins fluviaux. Ces paramètres revêtent, en effet, une importance fondamentale pour les hydrologues car le premier est à la base des études hydrodynamiques et le second apporte des contraintes sur la répartition des masses d'eau entre zones inondées et réseau hydrographique, avec des applications au transport des sédiments et à la disponibilité des ressources en eau à l'échelle régionale. Des exemples d'utilisation de ces techniques sont présentés pour les bassins amazoniens et du Mékong. La mission de gravimétrie spatiale GRACE, lancée en mars 2002, fournit, quant à elle, les variations spatio-temporelles des stocks d'eaux continentales (eau des sols et manteau neigeux) et de paramètres hydrologiques dérivés comme l'évapotranspiration. Une analyse de l'évolution des stocks d'eau et de neige est présentée à partir des premiers géoïdes mensuels issus de la mission GRACE, aux échelles globale et régionale, ainsi que le calcul du paramètre d'évapotranspiration, à l'échelle du bassin versant. Ces résultats sont comparés à la variation des volumes d'eau de surface obtenue précédemment pour le bassin du Mékong
Remote sensing can be considered as an important tool for studying the variations of water masses in large river basins due to a homogeneous sampling both in space and time. The objective of this PhD thesis was to develop new hydrological applications using measurements acquired by various types of satellite mission: radar altimetry, satellite imagery, gravimetry from space. Space altimetry is commonly used to study time variations of water level of large rivers, lakes and flooded zones. New hydrological products such as hydrological profiles or river slopes. Levelled limnimetric networks can thus be defined, with gauge stations on the rivers as well as on the flooded zones. Used in combination with imagery from space, satellite altimetry can be used to determine surface water volume variations in large river basins. These parameters are fundamental for hydrologists because hydrological profiles are necessary for hydrodynamic studies and distribution of water volume variations constrains the distribution of water masses between flooded zones and hydrographic network. Examples of use of these techniques are presented for the Amazon and the Mekong basins. In March 2002, a new generation of gravity missions was launched: the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) space mission. The objective of GRACE is to measure spatio-temporal variations of the gravity field with an unprecedented resolution and precision, over time scales ranging from a few months to several years. As gravity is an integral of mass, these spatio-temporal gravity variations represent horizontal mass redistributions only to the extent they are assumed to be caused by surface water changes. On time scales from months to decades, mass redistribution mainly occurs inside the surface fluid envelopes (oceans, atmosphere, ice caps, continental reservoirs) and is related to climate variability. An analysis of the evolution of water and snow mass is presented using the first monthly geoids from the GRACE mission, at global and regional scales, as well as the estimation of evapotranspiration rate at basin scale. These results are compared with surface water volume variations previously obtained for the Mekong basin

Cette thèse a pour objet la quantification de la défonnation tectonique actuelle, c'est-à-dire au cours des quelques dernières décennies, dans les Alpes du sud et la Provence, à partir de données géodésiques. Nous avons utilisé des mesures géodésiques réalisées entre 1887 et 1994 pour estimer des taux de déformations horizontales dans le sud-est de la France. Cette région qui occupe une position de carrefour complexe entre plusieurs domaines tectoniques (les Alpes, le bassin Ligure et le bloc corso-sarde) ne montre qu'un faible niveau d' activité tectonique. A partir de la combinaison de triangulations historiques réalisées pour la plupart en 1947-52 et en 1981-83 (complétées par quelques données de 1887-1931) et de données de campagnes GPS 1993 et 1994, nous calculons les taux de cisaillement angulaire dans plusieurs sous-réseaux géodésiques. Nous montrons que les taux de cisaillement sont pour un grand nombre inférieurs à leurs incertitudes, qui sont d'environ 0.1 urad/an. Ces résultats impliquent que les failles de la Durance et de Nîmes, les deux accidents tectoniques majeurs de la Provence et du Languedoc, sont très faiblement actifs. Nous pouvons alors donner une borne supérieure de 1 à 2 mm/an sur les taux de glissement sur ces deux failles, en supposant,des zones de failles de 20 km de large pour chacune. Dans le front de la nappe de Castellane, nous mettons en évidence des taux de cisaillement angulaire significatifs. Pour cette région, nous calculons une composante du taux de cisaillement angulaire de -0.16 ± 0.08 urad/an, que nous interprétons comme le résultat d'une compression NE-SW. Au sud du Pelvoux, nous obtenons des composantes du taux de cisaillement élevées par rapport aux valeurs obtenues dans les sous-réseaux situés en Provence et en Languedoc, et pouvant atteindre -0.17 ± 0.07 urad/an. Cette valeur importante concerne une région au voisinage du séisme de Haute-Ubaye de 1959 de magnitude 5.3 dont le mécanisme au foyer indique également une compression NE-SW. On ne peut cependant pas rejeter un biais lié à une hétérogénéité dans les données géodésiques. Finalement, nous pouvons intégrer ces résultats dans la géodynamique du sud-est de la France. Les taux de cisaillement significatifs sont élevés dans les régions proches du Front Pennique, la limite majeure entre les Alpes internes et externes, où il y aurait une déformation soulignée par une sismicité soutenue; tandis que la Provence et le Languedoc, peu sismiques, ont des taux de déformation plus faibles.