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Modélisation spatio-temporelle du champ de gravité terrestre

28/09/2016

IPGP - Îlot Cuvier

14:00

Soutenances de thèses

Amphithéâtre

Shuo Wang

Gravimétrie et geodésie Spatiale (GGS)

La Terre est le siège de transferts de masse à différentes échelles de temps et d'espace. La superposition de ces sources crée des variations spatiales et temporelles du champ de gravité terrestre, suivies à l'échelle du globe par satellites. Ainsi, les satellites GRACE donnent accès aux variations du champ à 400 km de résolution, tous les 10 jours à 1 mois. Celles-ci sont exprimées sous la forme de modèles de champ dont la résolution spatiale ou temporelle est le plus souvent fixe. Leur analyse permet d'étudier le transport de masse au sein du système Terre. Pour optimiser l'estimation des variations du champ associées à des processus locaux en espace ou en temps à différentes échelles, et adapter la résolution temporelle du modèle à sa résolution spatiale selon l'échantillonnage des satellites, nous avons développé dans cette thèse une modélisation multi-échelle spatiale et temporelle du champ de gravité. Dans un premier temps, nous construisons une famille de fonctions 4D, qui combine des ondelettes de Poisson dans le domaine spatial et des ondelettes de Haar dans le domaine temporel. Ensuite, nous mettons en place une inversion régularisée d'observables de type différences de potentiel inter-satellite pour estimer les paramètres du modèle, dans un cadre bayesien. Pour construire l'a priori sur le modèle, nous développons une analyse spectrale localisée en temps et en espace de variations de masse associées à un modèle physique, et du signal gravimétrique associé. Enfin, nous testons notre approche pour la reconstruction des variations spatio-temporelles du champ associées au signal hydrologique sur l'Afrique sur l'année 2005, à partir d'une distribution régionale d'observations. Notre meilleur modèle nous permet de reconstruire la source de masse considérée (les variations de hauteur d'eau à la surface du globe) avec une précision en rms d'environ 2.5 cm d'eau à 450 km, 21 jours de résolution, et centimétrique à 1900 km, 11 jours de résolution. Cette limite de précision provient en partie de l'impact de la régularisation. Nos tests montrent en effet que le choix de régularisation perturbe les résultats à hauteur centimétrique. L'approximation bloc diagonale du système normal dans l'inversion et la résolution temporelle limitée du modèle peuvent contribuer au reste des résidus. Cette thèse a permis en mettre en place une modélisation multi-échelle dans l'espace et dans le temps du champ de gravité, et des outils d'analyse spectrale associés. Dans l'avenir, un travail important sera d'étudier sa mise en œuvre sur données réelles, telles qu'issues des missions GRACE et GRACE Follow-On.