Academic literature on the topic 'Champ de pesanteur, variations temporelles'

L'objectif de ce travail est d'analyser les variations temporelles du champ de gravité, déterminées par la mission spatiale Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), et ses relations avec la dynamique des eaux dans la région Amazonienne. À ce titre, nous avons cherché à développer une méthodologie pour les estimations des stocks d'eau dans des zones innondables non contrôlées ou difficilement accessibles. Pour ce faire, les coefficients de Stokes, calculés par le Groupe de Recherche de Geodesie Spatiale (GRGS) de Toulouse, ont été convertis en hauteur d'eau équivalente (HEE, Equivalent water Height - EWH en anglais) sur une période d'environ 4 ans (juillet de 2002 à mai 2006). Les valeurs d'HEE ainsi obtenues ont été comparées aux niveaux d'eau in-situ collectés par l'Agence Nationale de lEau brésilienne (ANA). Le choix du bassin Amazonien pour ce travail tient au fait qu'il présente en son centre, des amplitudes d'environ 1250mm de HEE, soit les plus grandes du monde. Cette amplitude est validée indirectement par comparaison entre les déplacements crustaux verticaux équivalents à cette charge superficielle et les mouvements verticaux de la stations GPS permanente de Manaus, à proximité du centre du bassin. Nous estimons que les erreurs associées à ces HEE sont au maximum de l'ordre de ~160mm HEE. Elles proviennent des erreurs des coefficients de Stokes, de la troncation du spectre et des erreurs de contamination (leakage) d'informations hydrologiques des bassins voisins. Finalement, HEE et les données de hauteur d'eau sont comparées dans les fleuves en terme d'hydrogéologie
The objective of this work is to analyze the temporal variations of the gravitational field, determined by the space mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), and its relationships to the dynamics of water in the Amazon basin area. For this reason, was developed a methodology to estimate the water level in not controlled stocks or difficult to reach floodplains. With this intention, the Stokes coefficients, calculated by the Groupe de Recherche de Geodesie Spatiale (GRGS) Toulouse-FR, were converted into equivalent water height (EWH) for a ~4-year period (July-2002 to May-2006). In this basin, the amplitudes of EWH signal are the largest on Earth and can reach about 1250mm at the center of the basin. Analysis of the uncertainties indicate that it represents ~160 mm of EWH in this basin, including Stokes coefficient uncertainties (~130 mm), leakage errors (12 ~ 21 mm) and spectrum truncation (10 ~ 15 mm). This amplitude was indirectly validated by the comparison between equivalent vertical crustal displacements due to surface water load and the vertical movements of the Manaus GPS permanent monitoring stations, near to the center of the basin. The values of EWH thus obtained were compared with the in-situ water level collected by the Brazilian National Agency of Water (ANA) at 233 ground-based hydrometric stations (HS). Although EWH and HS measure different water bodies, high correlation, up to ~80% in most of the cases, is detected. This high correlation allows adjusting linear relationships between both series for the major tributaries of the Amazon. The regression coefficients decrease from upstream to downstream along the rivers reaching the theoretical value 1 at the mouth of the Amazon in the Atlantic Ocean

Nous étudions, par la gravimétrie, les variations spatiales et temporelles de la structure interne des édifices volcaniques de deux volcans actifs : la Soufrière de Guadeloupe et le Merapi. Dans un premier temps l'étude de la partie statique du champ de pesanteur nous permet de mettre en évidence des anomalies gravimétriques négatives au sommet de ces deux volcans, associées aux zones hydrothermales ou fumerolliennes. Sur le sommet du Mérapi, elles sont très négatives (quelques mGals) et séparées par des zones interprétées comme des fractures principales du dôme. Sur le dôme de la Soufrière, la structuration de direction NO-SE reflète des structures plus profondes qui se prolongent en mer. Le dernier chapitre est consacré aux variations temporelles de la pesanteur sur le dôme de la Soufrière. Des séries de mesures de haute précision (réseau microgravimétrique) entre 1993 et 2001 montrent que le volcan ne s'est pas déformé et n'est sujet à aucune variation de masse durant cette période
We use gravimetry to study spatial and temporal variations of the internal structure of two volcanoes : la Soufrière de Guadeloupe and Merapi volcano. The static part of the gravity field enables us to highlight negative gravimetric anomalies at the top of these two volcanoes. Those anomalies are associated with hydrothermal areas or fumaroles. On the top of Merapi, they reach a few mGals and are separated by zones we interpreted as main fractures of the dome. On the dome of la Soufrière, the NO-SE structures reflect major structures which extend in the sea. The final chapter is devoted to the temporal variations of gravity on the dome of la Soufrière. Series of high precision measurements (microgravimetric network) between 1993 and 2001 show that neither mass variations nor deformations occurred during this period

Le travail présenté dans ce mémoire a eu pour but une meilleure description et compréhension des structures spatiales et des variations temporelles du champ magnétique terrestre.

Dans une première partie, nous décrivons et utilisons deux méthodes de modélisation du champ magnétique terrestre.
La première méthode utilisée est le développement en harmoniques sphériques. En utilisant les mesures fournies par les observatoires magnétiques et par les récents satellites, Ørsted et CHAMP, et en leur appliquant des critères de sélection, nous avons calculé des modèles candidats aux DGRFs de 1995 et 2000.
La seconde méthode que nous avons développée est la description du champ géomagnétique à l'aide des frames d'ondelettes de Poisson. Les comparaisons avec les harmoniques sphériques et les représentations de fonctions scalaires sur la sphère, illustrent la flexibilité de la méthode : le développement en frames d'ondelettes s'adapte à la répartition des données sur la sphère. Un même modèle en frames d'ondelettes comporte de petites échelles spatiales dans les zones où les données sont denses et des échelles spatiales plus grandes dans les régions où elles sont plus disparates. Les champs vectoriels dérivant de potentiels harmoniques, tels le champ magnétique et le champ de pesanteur, sont développés à partir des frames d'ondelettes.

Dans la seconde partie, nous étudions la variation temporelle du champ magnétique terrestre principal, la variation séculaire. Sa caractéristique la plus énigmatique est l'occurrence, à intervalles irréguliers, de brusques changements de sa tendance : les secousses géomagnétiques. Ces évènements sont détectables par l'analyse en ondelettes appliquée aux moyennes mensuelles des observatoires. Malheureusement, la distribution des observatoires est très irrégulière à la surface du Globe. Pour contourner ce problème dans l'étude des secousses géomagnétiques, une solution s'est alors imposée : l'utilisation de modèles de champ globaux et continus dans le temps, de type "comprehensive model". Nous avons ainsi étudié, par des méthodes simples, les répartitions temporelles et spatiales des secousses, vues par ces modèles, en tout point du globe sur les quatre dernières décennies. Nous nous sommes focalisé sur les secousses autour de 1971, 1980 et 1991 et avons mis en évidence des zones "aveugles", ou aucune secousse n'a été clairement détectée. Enfin, nous présentons une possible relation entre les secousses géomagnétiques et un paramètre physique à la surface du noyau, la pression dynamique absolue.

L'utilisation des ondelettes, en tant qu'outils de modélisation et d'analyse, permet d'explorer les échelles spatiales et temporelles du champ magnétique terrestre.

A description of the temporal variations of the main geomagnetic field (i. E. , the secular variation, or SV) is crucial to the understanding of core dynamo generation. It is known with high accuracy at observatory locations, which are globally unevenly located, hampering the determination of a global pattern of these variations. Satellites have allowed global surveys of the field and its SV. Their data has been used by global spherical harmonic models using data selection criteria to reduce external contributions. SV small spatial scales may not be well described by these models, and can show significant errors compared to ground measurements. This study attempts to extract temporal variation time series from satellite measurements as it is done at observatory locations. We follow a Virtual Observatories (VO) approach, defining a global mesh of VOs at satellite altitude. We apply an Equivalent Source Dipole (ESD) technique. For each VO and a given time interval all measurements are reduced to a unique location, leading to time series similar to those available at the ground. Synthetic data is first used to validate the approach. We then apply our scheme to Swarm mission measurements. We locally compare the VO-ESD derived time series to ground observations and to satellite-based model predictions. The approach is able to describe field's time variations at local scales. The global mesh of VO time series is used to derive global spherical harmonic models. For a simple parametrization the model well describes the trend of the magnetic field both at satellite altitude and at the surface. Nevertheless more complex modelling can be made to properly profit of VO-ESD time series
La description des variations temporelles du champ géomagnétique (variation séculaire ou SV) est cruciale pour la compréhension de la dynamo. La SV est connue avec une grande précision dans les observatoires magnétiques, qui ont une répartition spatiale inégale. Les satellites donnent des observations globales du champ et de sa SV. Leurs données sont utilisées par les modèles globaux en harmoniques sphériques. Les petites échelles spatiales de la SV décrites par ces modèles peuvent montrer des erreurs par rapport aux mesures des observatoires. Dans cette étude je tente d'extraire des séries temporelles avec des mesures satellitaires comme dans les observatoires. L'approche des observatoires virtuels (VO) est suivie. Un maillage global de volumes à l'altitude du satellite est défini. Pour cela, la technique des Equivalent Source Dipoles (ESD) est appliquée. Pour chaque VO et intervalle de temps donné, toutes les mesures sont réduites à un endroit unique, menant à des séries temporelles similaires à celles disponibles dans les observatoires à la surface. L’approche est validée avec des donnes synthétiques et puis appliquée aux mesures de la mission Swarm. Les séries temporelles VO-ESD sont comparées à celles à la surface et aux prédictions par un modèle. L'approche décrit correctement les variations temporelles du champ à l'échelle locale. Un maillage global de VO est construit et utilisé pour obtenir des modèles globaux. Les modèles sont capables de décrire l'évolution du champ magnétique à la fois à l'altitude du satellite et à la surface. Toutefois des modélisations plus complexes pourront être faites pour profiter des séries temporelles VO-ESD

L’estimation des variations spatio-temporelles du champ de gravité terrestre à partir des mesures de la mission satellitaire Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) ont permis de mieux comprendre les redistributions de masse à des échelles de temps mensuelle, saisonnière ou décennale. Les solutions GRACE produites par différents centres, adoptant des stratégies de traitement différentes, conduisent à des résultats cohérents. Cependant, ces solutions présentent aussi des erreurs aléatoires et systématiques, celles-ci pouvant avoir une structure spatio-temporelle spécifique. Afin de réduire le bruit et améliorer la qualité des signaux géophysiques présents dans les données GRACE, plusieurs méthodes ont été proposées mais nécessitent en général des informations a priori sur la structure spatio-temporelle du bruit pourtant mal connue. Malgré les efforts considérables effectués pour améliorer la qualité des données GRACE pour des applications géophysiques de plus en plus fines, le filtrage du bruit reste une question problématique comme exposé dans le Chapitre 1. Dans cette thèse, nous proposons une approche différente, utilisant une technique de filtrage spatio-temporel, la Multichannel Singular Spectrum Analysis (M-SSA) décrite dans le Chapitre 2. La M-SSA est une méthode s’adaptant aux données, à variables multiples et non-paramétrique, qui exploite simultanément les corrélations spatiales et temporelles d’un champ géophysique. Nous utilisons la M-SSA sur 13 ans de données GRACE en harmoniques sphériques distribuées par cinq centres de calculs. Nous montrons que cette méthode permet d’extraire les modes de variabilité communs aux différentes solutions, et de réduire significativement les erreurs spatio-temporelles spécifiques à chaque solution et liées aux différentes stratégies de calculs. En particulier, cette méthode filtre efficacement les stries Nord-Sud dues, entre autres, aux imperfections des modèles de corrections des phénomènes connus. Dans le Chapitre 3, nous comparons notre solution GRACE à d’autres solutions en harmoniques sphériques et à des solutions basées sur des blocs de concentration de masse (mascons) utilisant des a priori sur la structure spatio-temporelle du signal géophysique. Nous comparons également les performances de notre solution M-SSA GRACE par rapport à d’autres solutions en calculant la déformation de surface induite par les variations de masse déduites des mesures GRACE et en la comparant avec des mesures indépendantes de déplacement provenant des stations du Global Navigation Satellite System (GNSS). Enfin, nous discutons dans le Chapitre 4 d’une application possible d’une solution GRACE améliorée pour répondre à des questions encore débattues liées au rebond post-glaciaire. Plus précisément, nous nous intéressons à la séparation du signal du rebond post-glaciaire, lié à la fonte ancienne, du signal de fonte récente des glaces dans la région de la Géorgie du Sud
Measurements of the spatio-temporal variations of Earth’s gravity field recovered from the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission have led to unprecedented insights into large spatial mass redistribution at secular, seasonal, and sub-seasonal time scales. GRACE solutions from various processing centers, while adopting different processing strategies, result in rather coherent estimates. However, these solutions also exhibit random as well as systematic errors, with specific spatial and temporal patterns in the latter. In order to dampen the noise and enhance the geophysical signals in the GRACE data, several methods have been proposed. Among these, methods based on filtering techniques require a priori assumptions regarding the spatio-temporal structure of the errors. Despite the large effort to improve the quality of GRACE data for always finer geophysical applications, removing noise remains a problematic question as discussed in Chapter 1. In this thesis, we explore an alternative approach, using a spatio-temporal filter, namely the Multichannel Singular Spectrum Analysis (M-SSA) described in Chapter 2. M-SSA is a data-adaptive, multivariate, and non-parametric method that simultaneously exploits the spatial and temporal correlations of geophysical fields to extract common modes of variability. We perform an M-SSA simultaneously on 13 years of GRACE spherical harmonics solutions from five different processing centers. We show that the method allows for the extraction of common modes of variability between solutions, and removal of the solution-specific spatio-temporal errors arising from each processing strategies. In particular, the method filters out efficiently the spurious North-South stripes, most likely caused by aliasing of the imperfect geophysical correction models of known phenomena. In Chapter 3, we compare our GRACE solution to other spherical harmonics solutions and to mass concentration (mascon) solutions which use a priori information on the spatio-temporal pattern of geophysical signals. We also compare performance of our M-SSA GRACE solution with respect to others by predicting surface displacements induced by GRACE-derived mass loading and comparing results with independent displacement data from stations of the Global Navigation Satellite System (GNSS). Finally, in Chapter 4 we discuss the possible application of a refined GRACE solution to answer debated post-glacial rebound questions. More precisely, we focus on separating the post-glacial rebound signal related to past ice melting and the present ice melting in the region of South Georgia

Les anomalies magnetiques oceaniques sont generalement utilisees a des fins de datation, on s'interesse ici aux informations qu'elles renferment sur la source aimantee au travers d'une etude des variations d'amplitude et de forme de l'anomalie magnetique axiale le long de la ride medio-atlantique entre 20 et 45\n. Alliee aux donnees acquises lors des plongees submersible (donnees magnetiques de fond et echantillonnage regulier du plancher oceanique de 0 a 1. 5 m. A. ) realisees sur le segment tammar (21\30'n), cette etude nous permet de rattacher les proprietes de la structure aimantee aux processus de l'accretion, tant a l'echelle des points chauds qu'a celle plus locale de la segmentation, et aux fluctuations de l'intensite du champ geomagnetique. De fortes amplitudes de l'anomalie magnetique axiale et des anomalies magnetiques satellitaires positives sont associees aux domaines oceaniques situes a proximite des points chauds, suggerant que le signal magnetique permet d'apprehender la dynamique sublithospherique. Les segments elementaires d'accretion presentent une signature magnetique systematique avec des amplitudes plus fortes en extremites interpretees comme refletant la presence de basaltes differenciees ou celle de peridotites serpentinisees. Dans le contexte des centres de segment, l'anomalie magnetique axiale presente des micro-anomalies qui peuvent etre vues comme resultant des variations temporelles de l'intensite du champ geomagnetique et de l'alternance de periode a dominante soit volcanique soit tectonique. Au centre du segment tammar, les determinations de l'intensite du champ ancien effectuees en appliquant la methode originale de thellier (1959) aux 66 basaltes oceaniques collectes semblent confirmer l'hypothese rattachant les micro-anomalies aux fluctuations de l'intensite du champ geomagnetique et suggerent par ailleurs que le signal paleointensite peut etre utilise pour dater avec finesse le plancher oceanique.

Nous modélisons le rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical du sol dus à une surcharge à la surface d'un modèle de Terre à symétrie sphérique, stratifié et élastique. Les résultats théoriques sont comparés aux valeurs numériques trouvées pour diverses charges à partir des sorties de modèles globaux. Nous évaluons la résolution et la précision des variations temporelles du contenu en eau du sol estimées par la mission de gravimétrie spatiale GRACE. Celles-ci sont comparées aux prédictions des variations saisonnières de plusieurs modèles hydrologiques. En Europe, la validation des mesures GRACE par les mesures des gravimètres du reseau GGP repose sur une analyse en composantes principales et met en évidence la sécheresse de l'été 2003. Les signatures gravitationnelles cosismique et postsismique associées au séisme de Sumatra (2004) sont extraites des données GRACE. Une modélisation de l'effet cosismique montre que la réponse statique de l'océan ne peut être negligée.